電渦流傳感器試驗(yàn)?zāi)K

1、電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K根本教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握電渦流傳感器的根本結(jié)構(gòu)和工作原理。2通過實(shí)驗(yàn)了解不同材料對(duì)電渦流傳感器特性的影響。3通過電渦流方法測(cè)量重量、電機(jī)轉(zhuǎn)速，掌握電渦流傳感器的實(shí)際應(yīng)用技術(shù)。4掌握電渦流傳感器的靜態(tài)標(biāo)定方法，通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行電渦流傳感器的靜態(tài)標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)原理與自感傳感器、差動(dòng)變壓器相比，電渦流測(cè)量原理的特點(diǎn)有二，其一是對(duì)導(dǎo)電率、導(dǎo) 磁率等物性參數(shù)敏感，其二是能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸測(cè)量。這兩個(gè)特點(diǎn)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(dǎo)體置于變化著的磁場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)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(gè)通有 交變電流i的線圈，置于一塊導(dǎo)電材料附近，由于交變電流的存在，在線圈周圍就產(chǎn)生個(gè)交變磁場(chǎng) Hi，導(dǎo)電材料內(nèi)便產(chǎn)生電渦流I；，電渦流I；也將產(chǎn)生一個(gè)新磁場(chǎng) H2， Hi與H2方向相反，因而抵消局部原磁場(chǎng)Hi，從而導(dǎo)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(dǎo)體之間存在磁的聯(lián)系，假設(shè)把導(dǎo)電材料看成一個(gè)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(dǎo)電材料的等效電阻,L1、L2分別為線圈和導(dǎo)電材料的等效電感。M為互感參數(shù)，表征線圈與導(dǎo)電材料之間磁聯(lián)系強(qiáng)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(xiàng)為等效電阻，第三項(xiàng)為等效電抗，第三項(xiàng)中括號(hào)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(dǎo)體的電阻率 p磁導(dǎo)率、線圈與金屬導(dǎo)體之間的距離 d以及線圈鼓勵(lì)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?；蛘哒f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(gè)參數(shù)中的任意三個(gè)參數(shù)恒定，那么等效阻抗將與第四個(gè)參

4、數(shù)之間建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，構(gòu)成了從第四個(gè)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(cè)量位移、厚度、振動(dòng)、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(cè)量，圖(b)為先導(dǎo)閥或換向閥位移測(cè)量，圖(c)為金屬熱膨脹系數(shù)測(cè)量。測(cè)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(cè)量轉(zhuǎn)速的電路框圖。在被測(cè)對(duì)象上開一個(gè)凹槽，靠近軸表 面安裝電渦流探頭。每當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(lì)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(hào)。來自傳感器的脈沖信號(hào)經(jīng)整形后，由頻率計(jì)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(cè)量轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)所需部件電渦流線圈、金屬渦流片銅、鋁、電渦流變換器、測(cè)微頭、示波器、電壓表、差動(dòng)放大器、電橋、砝碼實(shí)驗(yàn)步驟電渦流傳感器的傳感特性和靜態(tài)標(biāo)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(cè)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(cè)微頭將電渦流線圈和渦流片分開一定距離，此時(shí)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(hào)頻率約1MHz。3用測(cè)微頭帶動(dòng)振動(dòng)平臺(tái)使平面線圈完全貼緊金屬渦流片，此時(shí)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(dòng)測(cè)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(gè)讀數(shù)，并用示波器觀察高頻振蕩波形。將被測(cè)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(diǎn)并求出靈敏度。被測(cè)位移mm輸出電壓V被測(cè)材料對(duì)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(duì)鐵、銅、鋁被測(cè)體進(jìn)行測(cè)量，記錄被測(cè)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(gè)坐標(biāo)下作出渦流傳感器對(duì)不同被測(cè)材料的傳

7、感器特性曲線。8分別找出傳感器對(duì)各種被測(cè)材料的線性范圍、靈敏度、最正確工作點(diǎn)，并進(jìn)行比擬。可得出結(jié)論：對(duì)于不同被測(cè)材料，渦流傳感器的靈敏度、線性范圍都不相同，必須分別進(jìn)行標(biāo)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(dòng)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(diǎn)。調(diào)整電橋，使系統(tǒng)輸出為零。11在測(cè)量平臺(tái)中間逐步增加砝碼，記錄被測(cè)重量和輸出電壓值。被測(cè)重量g輸出電壓V12依據(jù)所測(cè)量的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，作出傳感器特性曲線，計(jì)算靈敏度。13取下砝碼，在測(cè)量范圍內(nèi)從輕到重重新放砝碼，記錄被測(cè)重量、輸出電壓，并按輸出電 壓依據(jù)標(biāo)定曲線計(jì)算被測(cè)重量，進(jìn)一步計(jì)算絕

8、對(duì)誤差、相對(duì)誤差、引用誤差、精度等級(jí)。電渦流傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速14電渦流傳感器線圈支架轉(zhuǎn)一角度，安裝于電機(jī)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(jī)開關(guān)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速， 同時(shí)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(dòng)波對(duì)稱。16仔細(xì)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(jī)本身存在振動(dòng)。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(dòng)波形參數(shù)，并與示波器讀取的 頻率作比擬。轉(zhuǎn)速為脈動(dòng)波形數(shù)的50%

9、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)一一基于電渦流傳感器的振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)以電渦流傳感器作為傳感器的振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)測(cè)量被測(cè)對(duì)象的固有振動(dòng)頻率，對(duì)該系統(tǒng)被測(cè)振幅與輸出電信號(hào)之間的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，利用標(biāo)定后的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行振幅測(cè)量并計(jì)算絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、引用誤差、精度等級(jí)。將測(cè)量結(jié)果與差動(dòng)變壓器、自感傳感器進(jìn)行綜合比擬。可用資源原實(shí)驗(yàn)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(dòng)放大器、激振器等；振幅及頻率測(cè)量裝置；示波器。建議實(shí)驗(yàn)步驟1移開圓盤上測(cè)微頭使圓盤處于自由可振動(dòng)狀態(tài)。2低頻振蕩器接入"激振 I使圓盤振動(dòng)。注意保持適當(dāng)?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(dòng)放大器等為基本部件，設(shè)計(jì)基于電渦流傳感器的振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。師認(rèn)可后，方可通電。畫出電路圖，并按圖組成系統(tǒng)。經(jīng)指導(dǎo)教4根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將平面線圈安裝在最正確工作點(diǎn)，直流穩(wěn)壓電源置土10V檔，差動(dòng)放大器在這里僅作為一個(gè)電平移動(dòng)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(cè)量系統(tǒng)輸出的電信號(hào)幅值， 利用振幅及頻率測(cè)量裝置測(cè)量振幅、 振動(dòng)頻率。最高電信號(hào)幅值所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率就是被測(cè) 對(duì)象的固有頻率。激振頻率Hz輸出電壓V振幅mm振動(dòng)頻率Hz6在低于固有頻率的范圍內(nèi)任選一個(gè)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(hào)、并用振幅及頻率測(cè)量裝置測(cè)量振幅。 如此反復(fù)測(cè)量幾個(gè)循 環(huán)。激振幅值V輸出電壓V振幅mm振動(dòng)頻率Hz7更改激振頻率，重復(fù) 6的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。8以6、7的測(cè)量數(shù)據(jù)為根底，作出所設(shè)計(jì)的振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定曲