電渦流傳感器試驗模塊

1、電渦流傳感器實驗模塊根本教學實驗實驗目的1掌握電渦流傳感器的根本結(jié)構(gòu)和工作原理。2通過實驗了解不同材料對電渦流傳感器特性的影響。3通過電渦流方法測量重量、電機轉(zhuǎn)速，掌握電渦流傳感器的實際應(yīng)用技術(shù)。4掌握電渦流傳感器的靜態(tài)標定方法，通過實驗進行電渦流傳感器的靜態(tài)標定。實驗原理與自感傳感器、差動變壓器相比，電渦流測量原理的特點有二，其一是對導電率、導 磁率等物性參數(shù)敏感，其二是能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸測量。這兩個特點使得電渦流傳感器的應(yīng)用 更為靈活多樣，至今人們還在不斷的開發(fā)它的新用途。金屬導體置于變化著的磁場中，導體內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，稱之為電渦流。這種現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。電渦流式傳感器正是基于這種渦流效應(yīng)

2、而工作的。如圖1所示，一個通有 交變電流i的線圈，置于一塊導電材料附近，由于交變電流的存在，在線圈周圍就產(chǎn)生個交變磁場 Hi，導電材料內(nèi)便產(chǎn)生電渦流I；，電渦流I；也將產(chǎn)生一個新磁場 H2， Hi與H2方向相反，因而抵消局部原磁場Hi，從而導致線圈的等效阻抗發(fā)生變化。圖1電渦流效應(yīng)無疑，線圈與導體之間存在磁的聯(lián)系，假設(shè)把導電材料看成一個具有內(nèi)阻的線圈，那么圖1可用圖2所示的等效電路表示。R、R2分別為線圈和導電材料的等效電阻,L1、L2分別為線圈和導電材料的等效電感。M為互感參數(shù)，表征線圈與導電材料之間磁聯(lián)系強弱。圖2電渦流效應(yīng)的等效電路由圖2可列出以下方程(1)JR1Ij«L1Ij

3、oM l2=UJ R2 12 * j L212 - j M 11 = 0解式(1)，可得線圈的等效阻抗ZU2m2巧 Rl R2RT_2Li2 2Lir22l2(2)前兩項為等效電阻，第三項為等效電抗，第三項中括號內(nèi)為等效電感。品質(zhì)因數(shù)Q為 Li - L22M2 R22'2L； 2m2R；'2L；(3)金屬導體的電阻率 p磁導率、線圈與金屬導體之間的距離 d以及線圈鼓勵電流的角頻率 3等參數(shù)，都將通過電渦流效應(yīng)與線圈等效阻抗發(fā)生聯(lián)系。或者說線圈等效阻抗是這些 參數(shù)的函數(shù)，即Z 二 f(；,d, )(4)假設(shè)能保持上述 二人d、四個參數(shù)中的任意三個參數(shù)恒定，那么等效阻抗將與第四個參

4、數(shù)之間建立一一對應(yīng)的關(guān)系，構(gòu)成了從第四個參數(shù)到等效阻抗之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。利用位移d作為變換量，可以非接觸的測量位移、厚度、振動、轉(zhuǎn)速等，也可做成接 近開關(guān)等。圖3為電渦流位移傳感器的幾種具體應(yīng)用。圖(a)為軸的軸向位移的測量，圖(b)為先導閥或換向閥位移測量，圖(c)為金屬熱膨脹系數(shù)測量。測量位移范圍可從01mm到030mm .分辨率為滿量程的 0.1%。圖3電渦流位移傳感器的幾種具體應(yīng)用圖4為利用電渦流傳感器測量轉(zhuǎn)速的電路框圖。在被測對象上開一個凹槽，靠近軸表 面安裝電渦流探頭。每當軸轉(zhuǎn)動到如圖示位置，電渦流探頭感受到軸外表的位置變化，傳 感器鼓勵線圈的電感隨之改變，軸轉(zhuǎn)一圈，變化一次，振蕩器

5、的頻率變化一次。通道檢波 器轉(zhuǎn)換成電壓的變化，從而得到與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號。來自傳感器的脈沖信號經(jīng)整形后，由頻率計得到頻率值，再轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速。厶±2崎值包絡(luò)整形電踣圖4利用電渦流傳感器測量轉(zhuǎn)速實驗所需部件電渦流線圈、金屬渦流片銅、鋁、電渦流變換器、測微頭、示波器、電壓表、差動放大器、電橋、砝碼實驗步驟電渦流傳感器的傳感特性和靜態(tài)標定：1安裝好電渦流線圈和金屬渦流片，注意二者必須保持平行。安裝好測微頭，將電渦流線圈接入渦流變換器輸入端，渦流變換器輸出端接電壓表20V檔。2開啟儀器電源，用測微頭將電渦流線圈和渦流片分開一定距離，此時輸出端有電壓值輸出。將示波器接渦流變換器輸入端，觀察電渦

6、流傳感器的高頻波形。信號頻率約1MHz。3用測微頭帶動振動平臺使平面線圈完全貼緊金屬渦流片，此時渦流變換器的輸出電壓為零，渦流變換器中的振蕩電路停振。4旋動測微頭是平面線圈離開金屬渦流片，從電壓表開始有讀數(shù)起每位移0.25mm記錄-個讀數(shù)，并用示波器觀察高頻振蕩波形。將被測位移X、輸出電壓 V的讀數(shù)填入下表，作出V X曲線，指出線性范圍，找出其最正確工作點并求出靈敏度。被測位移mm輸出電壓V被測材料對電渦流傳感器特性的影響5按1的方法重新安裝好傳感器，開啟電源。6分別對鐵、銅、鋁被測體進行測量，記錄被測位移X、輸出電壓V的讀數(shù)。7依據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，在同一個坐標下作出渦流傳感器對不同被測材料的傳

7、感器特性曲線。8分別找出傳感器對各種被測材料的線性范圍、靈敏度、最正確工作點，并進行比擬。可得出結(jié)論：對于不同被測材料，渦流傳感器的靈敏度、線性范圍都不相同，必須分別進行標定。電渦流傳感器稱重 9按圖5接線。圖5電渦流傳感器稱重10差動放大器增益調(diào)為1,輸出接電壓表 20V檔。將平面線圈安裝在線性工作范圍的起始點。調(diào)整電橋，使系統(tǒng)輸出為零。11在測量平臺中間逐步增加砝碼，記錄被測重量和輸出電壓值。被測重量g輸出電壓V12依據(jù)所測量的對應(yīng)數(shù)據(jù)，作出傳感器特性曲線，計算靈敏度。13取下砝碼，在測量范圍內(nèi)從輕到重重新放砝碼，記錄被測重量、輸出電壓，并按輸出電 壓依據(jù)標定曲線計算被測重量，進一步計算絕

8、對誤差、相對誤差、引用誤差、精度等級。電渦流傳感器測量電機轉(zhuǎn)速14電渦流傳感器線圈支架轉(zhuǎn)一角度，安裝于電機轉(zhuǎn)盤上方，線圈與轉(zhuǎn)盤面平行，在不摩擦 的前提下距離越近越好。15電渦流線圈與渦流變換器相接，渦流變換器輸出接示波器，開啟電機開關(guān)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速， 同時調(diào)整平面線圈在轉(zhuǎn)盤上方的位置，通過示波器觀察，使變換器輸出的脈動波對稱。16仔細觀察示波器兩相鄰波形的峰值是否一致，如有差異，說明平面線圈與轉(zhuǎn)盤或者不平行、或者電機本身存在振動。利用已經(jīng)獲得的鐵材料特性曲線可大致判斷不平行度。17將電壓/頻率表2kHz檔接入渦流變換器輸出端，讀取脈動波形參數(shù)，并與示波器讀取的 頻率作比擬。轉(zhuǎn)速為脈動波形數(shù)的50%

9、設(shè)計性實驗一一基于電渦流傳感器的振動測量系統(tǒng)設(shè)計實驗要求設(shè)計以電渦流傳感器作為傳感器的振動測量系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)測量被測對象的固有振動頻率，對該系統(tǒng)被測振幅與輸出電信號之間的關(guān)系進行標定，利用標定后的測量系統(tǒng)進行振幅測量并計算絕對誤差、相對誤差、引用誤差、精度等級。將測量結(jié)果與差動變壓器、自感傳感器進行綜合比擬?？捎觅Y源原實驗儀上的所有資源，如電渦流傳感器、渦流變換器、直流穩(wěn)壓電源、低頻振蕩器、電橋、差動放大器、激振器等；振幅及頻率測量裝置；示波器。建議實驗步驟1移開圓盤上測微頭使圓盤處于自由可振動狀態(tài)。2低頻振蕩器接入"激振 I使圓盤振動。注意保持適當?shù)恼穹?以電渦流傳感器、渦流變

10、換器、直流穩(wěn)壓電源、低頻振蕩器、電橋、差動放大器等為基本部件，設(shè)計基于電渦流傳感器的振動測量系統(tǒng)。師認可后，方可通電。畫出電路圖，并按圖組成系統(tǒng)。經(jīng)指導教4根據(jù)上述實驗結(jié)果，將平面線圈安裝在最正確工作點，直流穩(wěn)壓電源置土10V檔，差動放大器在這里僅作為一個電平移動電路，增益置最小處1倍。調(diào)節(jié)電橋電路，使系統(tǒng)輸出為零。5接通“激振器I 電壓/頻率表調(diào)至2KHZ檔階低頻輸出端，維持低頻振蕩器輸出幅值 不變，改變低頻振蕩器的頻率， 從5HZ逐漸增加到30HZ，記錄測量系統(tǒng)輸出的電信號幅值， 利用振幅及頻率測量裝置測量振幅、 振動頻率。最高電信號幅值所對應(yīng)的振動頻率就是被測 對象的固有頻率。激振頻率Hz輸出電壓V振幅mm振動頻率Hz6在低于固有頻率的范圍內(nèi)任選一個激振頻率， 并維持不變。先是從低到高、而后從高到低 調(diào)整激振幅值，記錄輸出電信號、并用振幅及頻率測量裝置測量振幅。 如此反復測量幾個循 環(huán)。激振幅值V輸出電壓V振幅mm振動頻率Hz7更改激振頻率，重復 6的實驗內(nèi)容。8以6、7的測量數(shù)據(jù)為根底，作出所設(shè)計的振動測量系統(tǒng)的標定曲