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文档简介

3.3涡流式传感器《传感器与检测技术》2021/5/91主要内容3.3.1工作原理3.3.2转换电路3.3.3涡流式传感器的特点及应用2021/5/923.3.1工作原理

金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，称之为电涡流或涡流。这种现象称为涡流效应。涡流式传感器就是在这种涡流效应基础上建立起来的。目录2021/5/93线圈置于金属导体附近：线圈中通以交变电流I1

I

1产生正弦交变磁场H1金属导体内就会产生涡流I2涡流I2产生反向电磁场H2抵消部分原磁场,导致线圈的电感、阻抗和品质因数变化2021/5/94等效电路根据基尔霍夫定律得：

2021/5/95解此方程组，得传感器工作时的等效阻抗Z为:等效电阻R等效电感L线圈的品质因数Q为:

2021/5/96由上可知，当被测参数变化，既能引起线圈阻抗Z变化，也能引起线圈电感L和线圈品质因数Q值变化。故可根据参数的变化量的大小与导体的电阻率ρ、磁导率μ和线圈与导体的距离x以及线圈激励电流的角频率，通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗发生联系。或者说，线圈组抗是这些参数的函数，可写成：Z=f（ρ、μ、x、r、ω）

故若能控制其中大部分参数恒定不变，只改变其中一个参数，这样阻抗就能成为这个参数的单值函数。例如被测材料的情况不变，激励电流的角频率不变，则阻抗Z就成为距离x的单值函数。便可制成涡流位移传感器。2021/5/973.3.2转换电路

由涡流式传感器的工作原理可知，被测量数变化可以转换成传感器线圈的品质因数Q，等效阻抗Z等效电感L的变化。转换电路的任务是把这些参数转换为电压或电流输出。总体来说，利用Q值的转换电路使用较少，这里不作讨论。利用Z的转换电路一般用桥路，它属于调幅电路。利用L的转换电路一般用谐振电路，根据输出是电压幅值还是电压频率，谐振电路又分为调幅和调频两种。目录2021/5/981.电桥电源u由振荡器供给，振荡频率根据涡流式传感器的需求选择。电桥将反应线圈阻抗的变化，把线圈阻抗变化转换成电压幅值得变化。2021/5/992.谐振调幅电路

2021/5/910谐振调幅电路特性：2021/5/9113.谐振调频电路

2021/5/9123.3.3涡流式传感器的特点及应用特点：结构简单易于进行非接触的连续测量，灵敏度较高，适用性强。应用：1.利用位移作为变换量，可以做成测量位移、厚度、振幅、振摆、转速等传感器，也可以做成接近开关、计算器等。2.利用材料电阻率p作为变换量，可以做成测量温度、材料判别等传感器。3.利用磁导率u作为变换量，可以做成测量应力、硬度等传感器。4.利用变换量x、p、u等的综合影响，可以做成探伤装置。目录2021/5/913位移测量(a)汽轮机主轴的轴向位移测量示意图(b)磨床换向阀、先导阀的位移测量示意图(c)金属试件的热膨胀系数测量示意图2021/5/914轨迹仪涡流式传感器还可以用来描述转轴轴心运动轨迹，其原理结构如图所示。

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