電感式傳感器素材PPT課件

1、5.1 5.1 變變磁阻式傳感器（自感式）磁阻式傳感器（自感式）1第1頁(yè)/共83頁(yè)2工作原理工作原理1. 磁路及磁路定理 磁通的閉合路徑稱(chēng)為磁路磁通的閉合路徑稱(chēng)為磁路。圖示為交流接觸器的磁路，磁通經(jīng)圖示為交流接觸器的磁路，磁通經(jīng)過(guò)鐵心和空氣隙而閉合。過(guò)鐵心和空氣隙而閉合。根據(jù)安培換路定理有根據(jù)安培換路定理有IlHldlSlBHlIN線圈匝數(shù)磁勢(shì)磁路平均長(zhǎng)度mRFSlIN/磁通磁阻 磁勢(shì)是產(chǎn)生磁通的激勵(lì) 磁阻是描述阻礙磁通的 物理量 該關(guān)系也稱(chēng)作磁路歐姆 定律，簡(jiǎn)稱(chēng)磁路定理NI 第2頁(yè)/共83頁(yè)3磁路歐姆定律與電路中的歐姆定律在形式上相似對(duì)照如下：磁路電路磁動(dòng)勢(shì) F磁通 磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁阻 R=

2、l / SmRF電動(dòng)勢(shì) E電流 I電流密度 J電阻 R= l / SREI NI +EIR若磁路不均勻，由不同材料構(gòu)成，則磁路的磁阻應(yīng)由不同的幾段串聯(lián)而成，即)(2211lHlHlHIN類(lèi)似磁路KVL第3頁(yè)/共83頁(yè)v 結(jié)構(gòu)線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。線圈鐵芯銜鐵2. 變磁阻式傳感器工作原理v 磁路構(gòu)成及磁阻由鐵芯、空氣隙和銜鐵三部分組成總磁阻為002221112SSlSlRm由于鐵磁材料的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真空磁導(dǎo)率，所以002SRm根據(jù)磁路歐姆定律得mRIN v 變換原理20022SNR

3、NINLm可見(jiàn)，當(dāng)氣隙厚度氣隙厚度或面積或面積S S改變時(shí)，電感L就發(fā)生改變。當(dāng)傳感器線圈接入測(cè)量電路后，電感的變化進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率的變化，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。 第4頁(yè)/共83頁(yè)輸出特性輸出特性5 以變間隙式傳感器為例。改變銜鐵與鐵芯間的間隙厚度，變磁阻式傳感器輸出特性曲線如圖所示。變隙式電壓傳感器的L-特性第5頁(yè)/共83頁(yè)6 當(dāng)銜鐵上移時(shí)，傳感器氣隙減小，即=0-， 則此時(shí)輸出電感為L(zhǎng)=L0+L， 整理得： 設(shè)電感傳感器初始?xì)庀稙?，初始電感量為L(zhǎng)0，銜鐵位移引起的氣隙變化量為 。當(dāng)銜鐵處于初始位置時(shí)，初始電感量為： 020002NSL 00000201)(2LSLLLN第6

4、頁(yè)/共83頁(yè) 當(dāng)/01時(shí)，可將上式用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)為級(jí)數(shù)形式： 由上式可求得電感增量L和相對(duì)增量L/L0的表達(dá)式，即： 3020001LL001LL200001LL200001LL第7頁(yè)/共83頁(yè)8同理，當(dāng)銜鐵隨被測(cè)體的初始位置向下移動(dòng)時(shí)，傳感器氣隙增加，即=0+， 則此時(shí)輸出電感為L(zhǎng)=L0-L，則： 銜鐵無(wú)論是上移還是下移，在忽略高次項(xiàng)后，均有30200001LL30200001LL00LL第8頁(yè)/共83頁(yè)9靈敏度為：?jiǎn)挝婚g隙變化引起的電感的變化量，即：0001LLK%100%100)(2oooL如果只考慮二次非線性項(xiàng)，忽略其它高次項(xiàng)，則得非線性誤差： 變間隙式電感傳感器的測(cè)量范圍與靈敏度及線

5、性度相矛盾，因此變間隙式電感式傳感器適用于測(cè)量微小位移的場(chǎng)合。一般取測(cè)量范圍在 = 0.1 0.2mm較適宜。第9頁(yè)/共83頁(yè)差差動(dòng)變間隙式傳感器結(jié)構(gòu)原理動(dòng)變間隙式傳感器結(jié)構(gòu)原理10 差動(dòng)變間隙式自感傳感器結(jié)構(gòu)原理如圖所示：銜鐵銜鐵R1R2L2L10UACU1=0-2=0+當(dāng)銜鐵向上移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)線圈的電感分別變?yōu)椋篖LL01LLL02總的電感變化為4020002112LLLL-第10頁(yè)/共83頁(yè)11對(duì)上式進(jìn)行線性處理，即忽略高次項(xiàng)得 :靈敏度k0為：002LL0002/LLk總電感的相對(duì)變化量為40200012LL如果只考慮三次非線性項(xiàng)，忽略其它高次項(xiàng)，則得非線性誤差： %100)/(%100

6、)(230ooL靈敏度提高1倍非線性也很低此外，由于結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱(chēng)，差動(dòng)式還可有效地補(bǔ)償溫度變化造成的誤差。第11頁(yè)/共83頁(yè)測(cè)量測(cè)量轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路12電感式傳感器的測(cè)量電路形式較多，主要有： 交流電橋； 變壓器式交流電橋； 諧振式等。第12頁(yè)/共83頁(yè)131、交流電橋、交流電橋 圖所示為交流電橋測(cè)量電路，傳感器的兩線圈作為電橋的兩相鄰橋臂Z1和Z2，另外兩個(gè)相鄰橋臂為純電阻R。b）交流電橋等效電路ACUoU1Z2Z3R4Ra）交流電橋結(jié)構(gòu)示意圖R3R4L2L10UACU12Z1Z2第13頁(yè)/共83頁(yè)14根據(jù)第3章講述的知識(shí)，電橋輸出電壓為)(43213241ZZZZZZZZUUACo其中RZ

7、Z43）（LLrZ001j銅線內(nèi)阻則）（LLrZ-j0020002)(2)(LLULrLUUACACojj又002LL所以0UUACo交流電橋的特點(diǎn)是：1）電橋輸出與氣隙變化量有關(guān)，并有正比關(guān)系；2) 橋路輸出與電橋電壓UAC有關(guān)，橋壓升高，輸出U0增加；3）橋路輸出與初始?xì)庀?0有關(guān)，初始間隙越小，輸出越大。初始電感第14頁(yè)/共83頁(yè)152. 變壓器式交流電橋 圖所示電路為變壓器式交流電橋測(cè)量電路，電橋兩臂分別為傳感器兩線圈的阻抗，另外兩橋臂分別為電源變壓器的兩次級(jí)線圈，其匝數(shù)比為1/2。變壓器式交流電橋Z2Z1IABCD2U2U0UsU當(dāng)負(fù)載阻抗為無(wú)窮大時(shí)，橋路輸出電壓為： 2212121

8、211UZZZZUUZZZUo當(dāng)傳感器的銜鐵處于中間位置，即Z1=Z2=Z時(shí)0oU第15頁(yè)/共83頁(yè)16當(dāng)傳感器銜鐵上移時(shí)，如Z1=Z+Z，Z2=Z-Z時(shí)， 22ULLUZZUo當(dāng)傳感器銜鐵下移時(shí)，如Z1=Z-Z，Z2=Z+Z， 此時(shí) 22ULLUZZUo由以上分析可知，這兩種交流電橋輸出的空載電壓相同，且當(dāng)銜鐵上下移動(dòng)相同距離時(shí)，電橋輸出電壓大小相等而相位相反。由于是交流電壓，輸出指示無(wú)法判斷位移方向，必須配合相敏檢波電路來(lái)解決。 U第16頁(yè)/共83頁(yè)17諧振式測(cè)量電路分類(lèi)：諧振式調(diào)幅調(diào)幅電路和諧振式調(diào)頻調(diào)頻電路。3. 諧振式（調(diào)幅、調(diào)頻）諧振式（調(diào)幅、調(diào)頻）諧振式調(diào)幅電路LCT0U傳感器電

9、感傳感器電感Uv 調(diào)幅電路組成傳感器電感L與電容C、 變壓器初級(jí)繞組串聯(lián)在一起， 組成串聯(lián)諧振回路，接入交流電源 。v 調(diào)幅原理變壓器副邊輸出電壓的頻率與電源頻率相同, 而幅度隨原邊線圈中L的變化而變化 。圖中L0為諧振點(diǎn)的電感值，可見(jiàn)此時(shí)電路的輸出幅度最大 。該電路靈敏度很高，線性差，適用于線性要求不高的場(chǎng)合。第17頁(yè)/共83頁(yè)v 調(diào)頻電路組成傳感器電感L與電容C并聯(lián)組成振蕩回路。諧振式調(diào)頻電路L傳感器電感傳感器電感振蕩回路Cfv 調(diào)頻原理LC振蕩回路的振蕩頻率 為L(zhǎng)Cf210 當(dāng)L變化時(shí)，振蕩頻率隨之變化，根據(jù)f的大小即可測(cè)出被測(cè)量的值。f 與L的關(guān)系曲線如右圖，它具有明顯的非線性關(guān)系。

10、電路輸出頻率變化與傳感器的電感值變化有如下關(guān)系:L/L)(-(f/f2 諧振式調(diào)頻電路輸出特性有嚴(yán)重的非線性，這種傳感器限制在動(dòng)態(tài)范圍在較小的情況下使用。因此調(diào)頻電路只有在諧振頻率較大情況下才能達(dá)到較高精度。第18頁(yè)/共83頁(yè)變變磁阻式傳感器的應(yīng)用磁阻式傳感器的應(yīng)用19 當(dāng)壓力進(jìn)入膜盒時(shí)，膜盒的頂端在壓力P 的作用下產(chǎn)生與壓力P 大小成正比的位移，于是銜鐵也發(fā)生移動(dòng)，從而使氣隙發(fā)生變化，流過(guò)線圈的電流也發(fā)生相應(yīng)的變化，電流表A的指示值就反映了被測(cè)壓力的大小。第19頁(yè)/共83頁(yè)2021-11-2320 當(dāng)被測(cè)壓力進(jìn)入C形彈簧管時(shí)， C形彈簧管產(chǎn)生變形， 其自由端發(fā)生位移，帶動(dòng)與自由端連接成一體的

11、銜鐵運(yùn)動(dòng)，使線圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等、符號(hào)相反的變化。即一個(gè)電感量增大，另一個(gè)電感量減小。電感的這種變化通過(guò)電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出。由于輸出電壓與被測(cè)壓力之間成比例關(guān)系， 所以只要用檢測(cè)儀表測(cè)量出輸出電壓， 即可得知被測(cè)壓力的大小。第20頁(yè)/共83頁(yè)21 游標(biāo)卡尺分辨率為0.02mm; 千分尺分辨率為0.01mm; 電感傳感器的分辨率可達(dá)0.01m 。新型測(cè)量工具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖第21頁(yè)/共83頁(yè)22互感式傳感器：被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感變化的傳感器。M1234次級(jí)線圈初級(jí)線圈v 基本結(jié)構(gòu) 主要包括有銜鐵、初級(jí)繞組、次級(jí)繞組和線圈框架等。次級(jí)繞組用差動(dòng)形式連接，也差動(dòng)變壓器式傳感

12、器。 v 工作原理 繞組間的互感隨被測(cè)位移的改變而變化 。 v 基本類(lèi)型有變隙式、變面積式和螺線管式等。應(yīng)用最多的是螺線管式差動(dòng)變壓器。第22頁(yè)/共83頁(yè)23v 基本結(jié)構(gòu) 1.初級(jí)繞組 2.次級(jí)繞組a 3.次級(jí)繞組b 4.活動(dòng)銜鐵 5.骨架 v 基本形式根據(jù)初、次級(jí)排列不同有二節(jié)式、三節(jié)式、四節(jié)式和五節(jié)式等形式。12345 (a) 二節(jié)式 (b) 三節(jié)式 (c) 四節(jié)式 (d) 五節(jié)式31121 2112212123第23頁(yè)/共83頁(yè)242123v 等效電路 兩個(gè)次級(jí)線圈反相串兩個(gè)次級(jí)線圈反相串聯(lián)，理想條件下等效電路聯(lián)，理想條件下等效電路如左圖。如左圖。L1ar2bL2aM1M2L2br2ar

13、1iU0UaE2b2E 銜鐵位于中間位置銜鐵位于中間位置一次繞組加電壓iU二次繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 和aE2b2E假設(shè)差動(dòng)變壓器線圈完全對(duì)稱(chēng)則兩線圈的互感系數(shù)相等，所以b22EEa00U 銜鐵移動(dòng)時(shí)銜鐵移動(dòng)時(shí)兩線圈的互感系數(shù)向相反方向變化，所以00U輸出將隨銜鐵位移大小發(fā)生變化第24頁(yè)/共83頁(yè)基本基本特性特性25當(dāng)次級(jí)開(kāi)路時(shí)有 則次級(jí)繞組中感應(yīng)電勢(shì)的表達(dá)式分別為 L1ar2bL2aM1M2L2br2ar1iU0UaE2b2E111LjrUIi12IMjEaa22IMjEbb 由于次級(jí)兩繞組反向串聯(lián)，且考慮到次級(jí)開(kāi)路，則：11220LjrUMMjEEUibaba第25頁(yè)/共83頁(yè)26輸出電壓的有

14、效值為 21210LrUMMUiba 活動(dòng)銜鐵向上移動(dòng)MMMaMMMb則212102LrMUUi與 同極性。 aE2 活動(dòng)銜鐵向下移動(dòng)MMMaMMMb則212102LrMUUi與 同極性。 bE2第26頁(yè)/共83頁(yè)2021-11-2327差動(dòng)變壓器輸出電壓的特性曲線 e21e220 xe2第27頁(yè)/共83頁(yè)零零點(diǎn)殘余點(diǎn)殘余電壓電壓28 當(dāng)差動(dòng)變壓器的銜鐵處于中間位置時(shí)，理想條件下其輸出電壓為零。但實(shí)際上，當(dāng)使用橋式電路時(shí)，在零點(diǎn)仍有一個(gè)微小的電壓值(從零點(diǎn)幾mV到數(shù)十mV)存在，稱(chēng)為零點(diǎn)殘余電壓。x-x0e2e20第28頁(yè)/共83頁(yè)29零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生原因 v 基波分量 由于差動(dòng)變壓器兩個(gè)次級(jí)

15、繞組不可能完全一致，因此它的等效電路參數(shù)（互感M、自感L及損耗電阻R）不可能相同，從而使兩個(gè)次級(jí)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)數(shù)值不等。 又因初級(jí)線圈中銅損電阻及導(dǎo)磁材料的鐵損和材質(zhì)的不均勻，線圈匝間電容的存在等因素，使激勵(lì)電流與所產(chǎn)生的磁通相位不同。 v 高次諧波 高次諧波分量主要由導(dǎo)磁材料磁化曲線的非線性引起。由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使得激勵(lì)電流與磁通波形不一致產(chǎn)生了非正弦(主要是三次諧波)磁通，從而在次級(jí)繞組感應(yīng)出非正弦電勢(shì)。 另外，激勵(lì)電流波形失真，因其內(nèi)含高次諧波分量，這樣也將導(dǎo)致零點(diǎn)殘余電壓中有高次諧波成分。第29頁(yè)/共83頁(yè)30減少零點(diǎn)殘余電壓的措施。選用合適的測(cè)量線路。采用相敏檢波電路

16、不僅可鑒別銜鐵移動(dòng)方向，而且把銜鐵在中間位置時(shí)，因高次諧波引起的零點(diǎn)殘余電壓消除掉。RP(a)RP(b)C第30頁(yè)/共83頁(yè)31(c)CR(d)RPR第31頁(yè)/共83頁(yè)測(cè)量測(cè)量電路電路32第32頁(yè)/共83頁(yè)331.差動(dòng)整流電路R2R1abhgcfde+uU0當(dāng)e點(diǎn)為“”，f點(diǎn)為“”，則電流路徑是eacdbf.v工作原理當(dāng)e點(diǎn)為“”，f點(diǎn)為“+”，則電流路徑是fbcdae.無(wú)論次級(jí)線圈的輸出瞬時(shí)電壓極性如何，通無(wú)論次級(jí)線圈的輸出瞬時(shí)電壓極性如何，通過(guò)電阻過(guò)電阻R的電流總是從的電流總是從c到到d。整流電路的輸出電壓整流電路的輸出電壓UhgdcUUU0第33頁(yè)/共83頁(yè)鐵芯在零位鐵芯在零位Udctt

17、tUghU2tUdctUghtU2鐵芯在零位以上鐵芯在零位以上ttUdcUghtU2v 波形hgdcUUU0R2R1abhgcfde+uU0第34頁(yè)/共83頁(yè)352.二極管相敏檢波電路v電路組成u1u2+R-RD3D2D1D4RRT1T2-+RLuiusu0來(lái)自傳感器來(lái)自傳感器參考信號(hào)參考信號(hào)輸出信號(hào)輸出信號(hào) D1D4為四個(gè)性能相同的二極管，以同一方向串聯(lián)接成一個(gè)閉合回路，形成環(huán)形電橋。 平衡電阻R起限流作用，以避免二極管導(dǎo)通時(shí)變壓器T2的次級(jí)電流過(guò)大。 輸入信號(hào)ui通過(guò)變壓器T1加到環(huán)形電橋的一個(gè)對(duì)角線上。參考信號(hào)us通過(guò)變壓器T2加到環(huán)形電橋的另一個(gè)對(duì)角線上。 輸出信號(hào)uo從變壓器T1與T

18、2的中心抽頭引出。第35頁(yè)/共83頁(yè)36u1u2+R-RD3D2D1D4RRT1T2-+RLuiusu0來(lái)自傳感器參考信號(hào)輸出信號(hào)v工作原理iLiLT2是中間抽頭，u1=u2,流經(jīng)RL的電流為同理，當(dāng)ui與us都是負(fù)半周，將對(duì)應(yīng)D1和D2導(dǎo)通uiusLRRui1LLRRui2L 第36頁(yè)/共83頁(yè)+-u1u2+R-RD3D2D1D4RRT1T2-+RLuiusu0來(lái)自傳感器參考信號(hào)輸出信號(hào)e1e237iLiLuius同頻同相設(shè)計(jì)要求us的振幅遠(yuǎn)大于ui的振幅。正半周LRReui21LLRReui2 2L負(fù)半周+-+LRReui1 1LLRReui12L第37頁(yè)/共83頁(yè)38+-u1u2+R-R

19、D3D2D1D4RRT1T2-+RLuiusu0來(lái)自傳感器參考信號(hào)輸出信號(hào)e1e2iLiLuius同頻反相正半周LRReui21LLRReui2 2L負(fù)半周+-+LRReui1 1LLRReui12L第38頁(yè)/共83頁(yè)39結(jié)論：銜鐵在中間位置時(shí)，無(wú)論參考電壓是正半周還是負(fù)半周，在負(fù)載RL上的輸出電壓始終為0。銜鐵在零位以上移動(dòng)時(shí)，無(wú)論參考電壓是正半周還是負(fù)半周，在負(fù)載RL上得到的輸出電壓始終為正。 銜鐵在零位以下移動(dòng)時(shí)，無(wú)論參考電壓是正半周還是負(fù)半周，在負(fù)載RL上得到的輸出電壓始終為負(fù)。由此可見(jiàn)，該電路能判別鐵芯移動(dòng)的方向。第39頁(yè)/共83頁(yè)應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例401、電感測(cè)厚儀第40頁(yè)/共83頁(yè)

20、412、電感測(cè)微儀第41頁(yè)/共83頁(yè)42第42頁(yè)/共83頁(yè)433、電感壓力計(jì)4、張力測(cè)量控制系統(tǒng)第43頁(yè)/共83頁(yè)5.3 5.3 電渦流式傳感器電渦流式傳感器44 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦流狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，以上現(xiàn)象稱(chēng)為電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱(chēng)為電渦流傳感器。 電渦流傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量線性范圍大，而且又具有非接觸測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。電渦流傳感器可以測(cè)量位移、振動(dòng)、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度等參數(shù)，并且還可以進(jìn)行無(wú)損探傷和制作接近開(kāi)關(guān)。 第44頁(yè)/共83頁(yè)工作工作原理原理v

21、存在交變磁場(chǎng)1、形成渦流的條件v 導(dǎo)體處于交變磁場(chǎng)中2、影響渦流的因素v 金屬板的電阻率v 磁導(dǎo)率v 金屬板厚度hv 金屬板與線圈的距離v 激勵(lì)電流角頻率第45頁(yè)/共83頁(yè)等效電路分析等效電路分析v 導(dǎo)體上形成的渦流等效成一個(gè)短路環(huán)短路環(huán)中的電流，中的電流，短路環(huán)可以認(rèn)為是短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路一匝短路線圈，其電阻為線圈，其電阻為R R2 2、電感為、電感為L(zhǎng) L2 2。1、等效電路v 線圈與導(dǎo)體等效為兩個(gè)相互耦合的線圈。線圈與導(dǎo)體間的互感M隨線圈與導(dǎo)體間距x的減小而增大。MMR R1 1L L2 2L L1 1R R2 21I1U2I第46頁(yè)/共83頁(yè)2、等效電路分析MMR R1 1L L

22、2 2L L1 1R R2 21I1U2I根據(jù)KVL，可列出下面的方程：022221121111ILjIRIMjUIMjILjIR解方程得等效阻抗的表達(dá)式為eqeqLjRLLRMLjRLRMRIUZ222222221222222221111可以看到：v 導(dǎo)體的電阻率、導(dǎo)磁率、線圈與被測(cè)體間的距離x，激勵(lì)線圈的角頻率,都通過(guò)渦流效應(yīng)和磁效應(yīng)影響?？刂颇承﹨?shù)不變，只改變其中一個(gè)參數(shù)，可使線圈阻抗 Z1成為這個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)這個(gè)參數(shù)的測(cè)量。 第47頁(yè)/共83頁(yè)渦流的分布和強(qiáng)度渦流的分布和強(qiáng)度48 因?yàn)榻饘俅嬖冢瑴u流只存在于金屬導(dǎo)體的表面薄層內(nèi), 存在一個(gè)渦流區(qū)。渦流區(qū)內(nèi)各處的渦流密度不

23、同,存在徑向分布和軸向分布。金屬扁平線圈渦流區(qū)渦流區(qū)r/rosjmaxhrosjv 徑向分布 渦流范圍與線圈外徑有固定比例關(guān)系，如圖所示。 r = ro s 線圈外徑處，金屬渦流密度最大； r = 0 線圈中心處，渦流密度為零 ( j = 0 ) ； r 0.4ros 處（以?xún)?nèi)）基本沒(méi)有渦流； r = 1.8ros 線圈外徑處，渦流密度衰減到最大值的5%。第48頁(yè)/共83頁(yè)49v 軸向分布 由于趨膚效應(yīng)渦流只在表面薄層存在，沿磁場(chǎng)H方向（軸向）也是分布不均勻的。距離金屬表面Z處,渦流按指數(shù)規(guī)律衰減。hz10ej0jZjhzzejj/0j0 Z = 0 處金屬表面渦流密度(最大） jz 金屬表面

24、距離Z 處的渦流h 趨膚深度第49頁(yè)/共83頁(yè)50 I1為線圈激勵(lì)電流，I2 為金屬導(dǎo)體中的等效電流（渦流） x = 0 處，I2 = I1；x/ros= 1，I2 = 0.3I1, I2 只有在 x/ros ros時(shí)電渦流很弱了，所以測(cè)大位移時(shí)線圈直徑要大。 當(dāng)線圈與導(dǎo)體距離x發(fā)生變化時(shí)，渦流密度發(fā)生變化，電流強(qiáng)度隨之變化，根據(jù)導(dǎo)體系統(tǒng)的電磁作用得到電流強(qiáng)度為22121osrxxIIx/rosI2/I11.01 2 3 4 要增加測(cè)量范圍需加大線圈直徑，傳感器體積增大要增加測(cè)量范圍需加大線圈直徑，傳感器體積增大, ,這是電渦流傳感器應(yīng)用的局限性。這是電渦流傳感器應(yīng)用的局限性。第50頁(yè)/共83

25、頁(yè)測(cè)量測(cè)量電路電路51第51頁(yè)/共83頁(yè)521. 交流電橋交流電橋 交流電橋法主要用于兩個(gè)電渦流線圈組成的差動(dòng)式傳感器。U U0 0交流電橋測(cè)量電路交流電橋測(cè)量電路L L1 1振蕩器振蕩器R R1 1R R2 2C C2 2 C C1 1L L2 2檢波檢波放大放大第52頁(yè)/共83頁(yè)532. 調(diào)幅式電路調(diào)幅式電路石英晶體振蕩器起恒流源的作用，給諧振回路提供一個(gè)頻率f0穩(wěn)定的激勵(lì)電流io，LC回路的阻抗為Z時(shí)輸出電壓當(dāng)金屬導(dǎo)體遠(yuǎn)離傳感器線圈時(shí)，諧振回路諧振頻率f0，回路呈現(xiàn)的阻抗最大，諧振回路上的輸出電壓也最大。調(diào)幅式測(cè)量電路原理框圖調(diào)幅式測(cè)量電路原理框圖晶體振蕩器晶體振蕩器L LC C輸出輸出

26、放大放大檢波檢波濾波濾波R R當(dāng)金屬導(dǎo)體靠近時(shí)，線圈的等效電感L發(fā)生變化，導(dǎo)致回路失諧，輸出電壓降低，L的數(shù)值隨距離的變化而變化。因此，輸出電壓也隨而變化。第53頁(yè)/共83頁(yè)543. 調(diào)頻式電路調(diào)頻式電路傳感器線圈接入LC振蕩回路。當(dāng)傳感器與被測(cè)導(dǎo)體距離改變時(shí)，在渦流影響下，傳感器的電感變化，導(dǎo)致振蕩頻率的變化。 振蕩頻率可由數(shù)字頻率計(jì)直接測(cè)量，或者通過(guò)F-V變換，用數(shù)字電壓表測(cè)量對(duì)應(yīng)的電壓。L LC C接頻率計(jì)接頻率計(jì)R R2 2R R1 1C C1 1+ +U U調(diào)頻式測(cè)量電路調(diào)頻式測(cè)量電路第54頁(yè)/共83頁(yè)電渦流傳感器的應(yīng)用電渦流傳感器的應(yīng)用55第55頁(yè)/共83頁(yè)1、測(cè)量過(guò)程： 電渦流位

27、移傳感器是一種輸出為模擬電壓的電子器件。接通電源后，在電渦流探頭的有效面（感應(yīng)工作面）將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí)，金屬表面將吸取電渦流探頭中的高頻振蕩能量，使振蕩器的輸出幅度線性地衰減，根據(jù)衰減量的變化，可地計(jì)算出與被檢物體的距離、振動(dòng)等參數(shù)。這種位移傳感器屬于非接觸測(cè)量，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，壽命較長(zhǎng)，可在各種惡劣條件下使用。一、位移測(cè)量一、位移測(cè)量第56頁(yè)/共83頁(yè) 位移測(cè)量包含：偏心、間隙、位置、傾斜、彎曲、變形、移動(dòng)、圓度、沖擊、偏心率、沖程、寬度等等。來(lái)自不同應(yīng)用領(lǐng)域的許多量都可歸結(jié)為位移或間隙變化。第57頁(yè)/共83頁(yè)2 2、位移測(cè)量?jī)x外形與探頭、位移測(cè)

28、量?jī)x外形與探頭第58頁(yè)/共83頁(yè)第59頁(yè)/共83頁(yè)3 3、測(cè)量金屬薄膜、板材厚度電渦流測(cè)厚儀、測(cè)量金屬薄膜、板材厚度電渦流測(cè)厚儀 測(cè)量冷軋板厚度第60頁(yè)/共83頁(yè)4 4、測(cè)量尺寸、公差及零件識(shí)別、測(cè)量尺寸、公差及零件識(shí)別 xx第61頁(yè)/共83頁(yè)5 5、位移的標(biāo)定方法位移的標(biāo)定方法第62頁(yè)/共83頁(yè)二、振動(dòng)測(cè)量二、振動(dòng)測(cè)量1、測(cè)量過(guò)程： 用多個(gè)傳感器放在機(jī)械不同部位檢測(cè)，得到各個(gè)位置的振幅值和相位值，畫(huà)出振動(dòng)波形圖，由頻譜儀分析輸出波形的振幅及頻率。xy第63頁(yè)/共83頁(yè) 2、測(cè)量懸臂梁的振幅及頻率第64頁(yè)/共83頁(yè)65第65頁(yè)/共83頁(yè)第66頁(yè)/共83頁(yè) 對(duì)橋梁、絲桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)測(cè)量，須使

29、用多個(gè)傳感器。第67頁(yè)/共83頁(yè)三、轉(zhuǎn)速測(cè)量三、轉(zhuǎn)速測(cè)量 1、測(cè)量過(guò)程： 若轉(zhuǎn)軸上開(kāi)z 個(gè)槽(或齒)，頻率計(jì)的讀數(shù)為f（單位為Hz），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n（單位為r/min）的計(jì)算公式為： 60 fnz第68頁(yè)/共83頁(yè) 例： 下圖中，設(shè)齒數(shù)z =48，測(cè)得頻率 f=120Hz，求該齒輪的轉(zhuǎn)速n 。結(jié)論： 1500r/min第69頁(yè)/共83頁(yè)第70頁(yè)/共83頁(yè)四、鍍層厚度測(cè)量四、鍍層厚度測(cè)量 1、測(cè)量過(guò)程： 由于存在集膚效應(yīng)，鍍層或箔層越薄，電渦流越小。測(cè)量前，可先用電渦流測(cè)厚儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)厚度的鍍層和銅箔作出“厚度-輸出”電壓的標(biāo)定曲線，以便測(cè)量時(shí)對(duì)照。 第71頁(yè)/共83頁(yè)x第72頁(yè)/共83頁(yè)五、電渦流式通道安全檢查門(mén)五、電渦流式通道安全檢查門(mén) 1、測(cè)