項(xiàng)目3.3電渦流式傳感器

1、3.3 電渦流式傳感器 當(dāng)導(dǎo)體置于交變磁場(chǎng)或在固定磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)引起感應(yīng)電流，此電流在導(dǎo)體內(nèi)閉合,稱為渦流。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回)(5030cmfhr穿透深度 式中, 導(dǎo)體電阻率(cm)； r導(dǎo)體相對(duì)磁導(dǎo)率； 交變磁場(chǎng)頻率(Hz)。電渦流式傳感器1 高頻反射式渦流傳感器2 低頻透射式渦流傳感器3 渦流式傳感器的應(yīng)用上一頁(yè)下一頁(yè)返 回1 高頻反射式渦流傳感器1. 基本原理 2等效電路3. 傳感器的結(jié)構(gòu) 4. 測(cè)量電路 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回1. 1. 基本原理基本原理 線圈置于金屬導(dǎo)體附近：線圈置于金屬導(dǎo)體附近： 線圈中通以高頻信號(hào)線圈中通以高頻信號(hào) i1 正弦交變磁場(chǎng)正弦交變磁場(chǎng) H1 金屬導(dǎo)

2、體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生渦流金屬導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生渦流 渦流產(chǎn)生電磁場(chǎng)渦流產(chǎn)生電磁場(chǎng) 反作用于線圈反作用于線圈 ,改變了電感改變了電感 電感變化程度取于線圈L的外形尺寸，線圈L至金屬板之間的距離，金屬板材料的電阻率和磁導(dǎo)率 以及的頻率等 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回2）電渦流式電感傳感器高頻反射式渦流傳感器：高頻(1MHz)激勵(lì)電流，產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)作用于金屬板的表面，在金屬板表面將形成渦電流。若只改變距離而保持其他系數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈自感的變化。低頻透射式渦流傳感器：發(fā)射線圈1和接收線圈2分別置于被測(cè)金屬板材料G的上、下方。當(dāng)?shù)皖l(音頻范圍)電壓e1加到線圈1的兩端后，所產(chǎn)生磁力線的一部分透過金屬板材料

3、G，使線圈2產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2，且e2隨材料厚度h的增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少。2 等效電路等效電路電感LE表示金屬板對(duì)渦流呈現(xiàn)的電感效應(yīng)電阻RE表示在金屬板上的渦流損耗互感系數(shù)M表示LE與原線圈L之間的相互作用R為原線圈L的損耗電阻C為線圈與裝置的分布電容 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3. 傳感器的結(jié)構(gòu)傳感器的結(jié)構(gòu) 1. 線圈 2. 框架 3框架襯套4 支架 5電纜 6插頭上一頁(yè)下一頁(yè)返 回4. 測(cè)量電路測(cè)量電路 定頻測(cè)距電路 調(diào)頻測(cè)距電路上一頁(yè)下一頁(yè)返 回定頻測(cè)距電路 將Lx的關(guān)系轉(zhuǎn)換成Ux。的關(guān)系。通過檢波電壓U的測(cè)量，就可以確定距離x的大小。這里Ux，曲線與金屬板電阻率的變化無(wú)關(guān)。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回

4、若去掉金屬板，則L=L(即x趨于時(shí)的L值)。如果在保持幅值不變的情況下，改變正弦振蕩器的頻率，則可以得到U曲線，即傳感器回路的并聯(lián)諧振曲線 諧振頻率為 并CLfo21上一頁(yè)下一頁(yè)返 回有金屬板時(shí)，設(shè)振蕩器的頻率為f0。若改變金屬板與傳感器之間的距離x，則Ux曲線 當(dāng)x足夠大時(shí)(此時(shí)L=L，U=U)，回路處于并聯(lián)諧振狀態(tài)。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回調(diào)頻測(cè)距電路 當(dāng)傳感器線圈與被測(cè)物體間的距離x變化時(shí)，引起線圈的電感量L發(fā)生變化，從而使振蕩器的頻率改變，然后通過鑒頻器將頻率變化再變成電壓輸出。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回調(diào)頻式測(cè)量電路圖 CxLf)(21電容三點(diǎn)式振蕩器射極輸出器 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回傳感器輸出電纜

5、的分布電容的影響不能忽視的。 1鋼板 2 銅板上一頁(yè)下一頁(yè)返 回2 低頻透射式渦流傳感器 透射式渦流傳感器原理 線圈感應(yīng)電勢(shì)與厚度關(guān)系曲線測(cè)厚的依據(jù)測(cè)厚的依據(jù): E的大小間接反映了M的厚度t上一頁(yè)下一頁(yè)返 回當(dāng)選用不同的測(cè)試頻率時(shí)，滲透深度Q滲的值是不同的，從而使Et曲線的形狀發(fā)生變化。 在t較小的情況下，Q小曲線的斜率大于Q大曲線的斜率；而在t較大的情況下，Q大曲線的斜率大于Q小曲線的斜率。 測(cè)量薄板時(shí)應(yīng)選較高的頻率，測(cè)量厚材時(shí)應(yīng)選較低的頻率。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回測(cè)試頻率與材料關(guān)系 對(duì)于一定的測(cè)試頻率，當(dāng)被測(cè)材料的電阻率不同時(shí)，滲透深度Q滲的值也不相同，于是又引起Et曲線形狀的變化，為使測(cè)量不

6、同的材料時(shí)所得到的曲線形狀相近，就需在變動(dòng)時(shí)保持Q不變，這時(shí)應(yīng)該相應(yīng)地改變f。 測(cè)較小的材料(如紫銅)時(shí)，選用較低的 (500Hz)而測(cè)較大的材料(如黃銅、鋁)時(shí)，則選用較高的 (2KHz)，從而保證傳感器在測(cè)量不同材料時(shí)的線性度和靈敏度。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3 渦流式傳感器的應(yīng)用x, x被 測(cè) 參 數(shù)變 換 量特 征位移、厚度、振動(dòng) （1） 非接觸測(cè)量，連續(xù)測(cè)量 （2） 受剩磁的影響。表面溫度、電解質(zhì)濃度材質(zhì)判別、速度（溫度） （1） 非接觸測(cè)量，連續(xù)測(cè)量； （2） 對(duì)溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償應(yīng)力、硬度 （1） 非接觸測(cè)量，連續(xù)測(cè)量； （2） 受剩磁和材質(zhì)影響探傷 可以定量測(cè)量上一頁(yè)下一頁(yè)返 回1位移

7、測(cè)量位移測(cè)量(a) 汽輪機(jī)主軸的軸向位移測(cè)量示意圖(b) 磨床換向閥、先導(dǎo)閥的位移測(cè)量示意圖(c) 金屬試件的熱膨脹系數(shù)測(cè)量示意圖 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回2 振幅測(cè)量振幅測(cè)量(a)汽輪機(jī)和空氣壓縮機(jī)常用的監(jiān)控主軸的徑向振動(dòng)的示意圖(b)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的振幅的示意圖(c) 通常使用數(shù)個(gè)傳感器探頭并排地安置在軸附近上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3 3厚度測(cè)量厚度測(cè)量 電渦流式厚度計(jì)的測(cè)量原理圖 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回4 4轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量60nfN f頻率值頻率值(Hz)； n旋轉(zhuǎn)體的槽旋轉(zhuǎn)體的槽(齒齒)數(shù)；數(shù)； N被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速(rmin)。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回5. 5. 渦流探傷渦流探傷 可以用來(lái)檢

8、查金屬的表面裂紋、熱處理裂紋以及用于焊接部位的探傷等。 綜合參數(shù)(x, , )的變化將引起傳感器參數(shù)的變化，通過測(cè)量傳感器參數(shù)的變化即可達(dá)到探傷的目的。 在探傷時(shí)導(dǎo)體與線圈之間是有著相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的，在測(cè)量線圈上就會(huì)產(chǎn)生調(diào)制頻率信號(hào) 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回a)比較淺的裂縫信號(hào)比較淺的裂縫信號(hào) b)經(jīng)過幅值甄別后的信號(hào)經(jīng)過幅值甄別后的信號(hào) 在探傷時(shí)，重要的是缺陷信號(hào)和干擾信號(hào)比。在探傷時(shí)，重要的是缺陷信號(hào)和干擾信號(hào)比。為了獲得需要的頻率而采用濾波器，使某一頻率的信號(hào)通過，為了獲得需要的頻率而采用濾波器，使某一頻率的信號(hào)通過，而將干擾頻率信號(hào)衰減。而將干擾頻率信號(hào)衰減。 上一頁(yè)返 回用渦流探傷時(shí)的測(cè)量信號(hào)用渦流探傷時(shí)的測(cè)量信號(hào)案例分析思考題 1.電感傳感器的基本原理是什么？可分成幾種類型？ 2.電感傳感器的常用的測(cè)量電路有哪些？ 3.電