電渦流式傳感器

1、本次課的內(nèi)容(nirng)1、電渦流效應。2、電渦流傳感器的特點。3、了解電渦流傳感器的應用。共四十二頁3.4 電渦流(wli)式傳感器 當導體置于交變磁場或在固定磁場中運動時，導體內(nèi)引起感應電流，此電流在導體內(nèi)閉合,稱為(chn wi)渦流。上一頁下一頁返 回穿透深度 式中, 導體電阻率(cm)； r導體相對磁導率； 交變磁場頻率(Hz)。共四十二頁電渦流(wli)式傳感器3.4.1 高頻(o pn)反射式渦流傳感器3.4.2 低頻透射式渦流傳感器3.4.3 渦流式傳感器的應用上一頁下一頁返 回共四十二頁3.4.1 高頻(o pn)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)

2、 4. 測量(cling)電路 上一頁下一頁返 回共四十二頁由法拉第電磁感應原理可知：一個塊狀金屬導 體置于變化的磁場中或在磁場中作用切割磁力 線運動時，導體內(nèi)部會產(chǎn)生一圈圈閉和的電流， 這種電流叫電渦流，這種現(xiàn)象叫做電渦流效應。 根據(jù)電渦流效應制作的傳感器稱電渦流傳感器; 電渦流傳感器能夠?qū)Ρ粶y量進行非接觸(jich)測量; 形成電渦流必須具備兩個條件： 存在交變磁場 導電體處于交變磁場中共四十二頁1. 基本原理 線圈置于金屬導體附近： 線圈中通以高頻信號 i1 正弦交變磁場 H1 金屬導體內(nèi)就會產(chǎn)生渦流(wli) 渦流產(chǎn)生電磁場 反作用于線圈 ,改變了電感 電感(din n)變化程度取于線

3、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率 以及的頻率等 上一頁下一頁返 回共四十二頁電渦流式傳感工作(gngzu)原理 把一個扁平線圈置于金屬導體(dot)附近，當線圈中通以交變電流I1時，線圈周圍空間產(chǎn)生交變磁場H1，當金屬導體靠近交變磁場中時，導體內(nèi)部就會產(chǎn)生渦流I2，這個渦流同樣產(chǎn)生反抗H1的交變磁場H2 。電感式傳感器共四十二頁電渦流(wli)式傳感等效電路分析 根據(jù)渦流的分布(fnb)，可以把渦流所在范圍近似看成一個單匝短路次級線圈。當線圈靠近金屬導體時，次級線圈通過互感 M 對初級作用。 電感式傳感器等效電路的兩個回路方程（基爾霍夫第二定律）：共四十二頁

4、電渦流(wli)式傳感等效電路分析等效電感為： 電感式傳感器解方程得到傳感器的等效阻抗等效電阻為：共四十二頁電渦流(wli)式傳感等效電路分析結(jié)論： 凡是能引起 R2 L2 M變化 的物理量均可以引起傳 感器線圈R1 、L1的變化。 被測體（金屬）的 電阻率導磁率厚度d， 線圈與被測體間的距離X， 激勵線圈的角頻率等 都通過渦流效應(xioyng)和磁效 應與線圈阻抗Z發(fā)生關(guān)系 電感式傳感器R2L2M L1 R1Xd電渦流演示（互感）共四十二頁電渦流(wli)式傳感等效電路分析結(jié)論： 、d、X、的變化使R1、L1發(fā)生變化， 若控制某些參數(shù)不變，只改變(gibin)其中一個參數(shù)， 可使阻抗 Z

5、成為這個參數(shù)的單值函數(shù)。 電感式傳感器 等效阻抗與這些參數(shù)有函數(shù)關(guān)系： 共四十二頁2 等效電路電感LE表示金屬板對渦流呈現(xiàn)的電感效應電阻(dinz)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 上一頁下一頁返 回共四十二頁 考慮到渦流的反射作用(zuyng)，L兩端的阻抗ZL可用下式表示 式中,信號源的角頻率； K耦合系數(shù)(xsh)， K2=M2(LLE)。 上一頁下一頁返 回共四十二頁頻率（MHZ）感抗電阻RE 10.10.0020.02101.00.00630.06310010.00.020.2表3.4.1 不同頻率時

6、的感抗分量(fn ling)與電阻分量(fn ling)計算鄰近(ln jn)高頻線圈的金屬板呈現(xiàn)的電感效應與渦流損耗之間的數(shù)量關(guān)系可以進行估計。 金屬板對渦流呈現(xiàn)的電感效應可以用許多大小不同的電感線圈按一定方式結(jié)合起來的總效應來等效。 上一頁下一頁返 回共四十二頁由于RLB則式(3.4.1)可以(ky)簡化為ZL的虛部與金屬板的電阻率無關(guān)，而僅與耦合系數(shù)(xsh)K有關(guān)，即僅與線圈至金屬板之間的距離有關(guān) 在實際條件下，即K1，并有RLB可以認為式(3.4.2)在特定條件下(測量信號頻率較高，金屬板電阻率較小且變化范圍不大)存在著以下的關(guān)系上一頁下一頁返 回共四十二頁3. 傳感器的結(jié)構(gòu)(jig

7、u) 線圈 框架 3框架襯套4 支架(zhji) 5電纜 6插頭上一頁下一頁返 回共四十二頁4. 測量(cling)電路 定頻測距電路(dinl)調(diào)頻測距電路上一頁下一頁返 回共四十二頁定頻測距電路(dinl) 將Lx的關(guān)系(gun x)轉(zhuǎn)換成Ux。的關(guān)系。通過檢波電壓U的測量，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關(guān)。 上一頁下一頁返 回共四十二頁若去掉金屬板，則L=L(即x趨于時的L值)。如果在保持幅值不變的情況(qngkung)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(xizhn)頻率為 上一頁下一頁返 回共四十二頁有金屬板時，設

8、振蕩器的頻率(pnl)為f0。若改變金屬板與傳感器之間的距離x，則Ux曲線 當x足夠大時(此時(c sh)L=L，U=U)，回路處于并聯(lián)諧振狀態(tài)。 上一頁下一頁返 回共四十二頁調(diào)頻(dio pn)測距電路 當傳感器線圈與被測物體間的距離x變化時，引起線圈的電感(din n)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。上一頁下一頁返 回共四十二頁調(diào)頻(dio pn)式測量電路圖 電容(dinrng)三點式振蕩器射極輸出器 上一頁下一頁返 回共四十二頁傳感器輸出(shch)電纜的分布電容的影響不能忽視的。 鋼板(gngbn) 銅板上一頁下一頁返 回共四十二頁3.4

9、.2 低頻透射(tu sh)式渦流傳感器 透射(tu sh)式渦流傳感器原理 線圈感應電勢與厚度關(guān)系曲線測厚的依據(jù): E的大小間接反映了M的厚度t上一頁下一頁返 回共四十二頁當選用不同(b tn)的測試頻率時，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(qxin)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。 測量薄板時應選較高的頻率，測量厚材時應選較低的頻率。上一頁下一頁返 回共四十二頁測試頻率與材料(cilio)關(guān)系對于一定的測試頻率，當被測材料的電阻率不同時，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

10、，為使測量不同的材料時所得到的曲線形狀相近，就需在變動時保持Q不變，這時應該相應地改變f。測較小的材料(如紫銅)時，選用(xunyng)較低的 (500Hz)而測較大的材料(如黃銅、鋁)時，則選用(xunyng)較高的 (2KHz)，從而保證傳感器在測量不同材料時的線性度和靈敏度。上一頁下一頁返 回共四十二頁3.4.3 渦流(wli)式傳感器的應用被 測 參 數(shù)變 換 量特 征位移、厚度、振動 （1） 非接觸測量，連續(xù)測量 （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） 非接觸測量，連續(xù)測量； （2） 對溫度變化進行補償應力、硬度 （1） 非接觸測量，連續(xù)測量； （2

11、） 受剩磁和材質(zhì)影響探傷 可以定量測量上一頁下一頁返 回共四十二頁1位移(wiy)測量(a) 汽輪機主軸(zhzhu)的軸向位移測量示意圖(b) 磨床換向閥、先導閥的位移測量示意圖(c) 金屬試件的熱膨脹系數(shù)測量示意圖 上一頁下一頁返 回共四十二頁2 振幅(zhnf)測量(a)汽輪機和空氣壓縮機常用的監(jiān)控(jin kn)主軸的徑向振動的示意圖(b)測量發(fā)動機渦輪葉片的振幅的示意圖(c) 通常使用數(shù)個傳感器探頭并排地安置在軸附近上一頁下一頁返 回共四十二頁3厚度(hud)測量 電渦流式厚度(hud)計的測量原理圖 上一頁下一頁返 回共四十二頁4轉(zhuǎn)速(zhun s)測量 f頻率(pnl)值(Hz)

12、； n旋轉(zhuǎn)體的槽(齒)數(shù)； N被測軸的轉(zhuǎn)速(rmin)。 上一頁下一頁返 回共四十二頁5. 渦流(wli)探傷 可以用來檢查金屬的表面裂紋、熱處理裂紋以及用于焊接(hnji)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，通過測量傳感器參數(shù)的變化即可達到探傷的目的。 在探傷時導體與線圈之間是有著相對運動速度的，在測量線圈上就會產(chǎn)生調(diào)制頻率信號 上一頁下一頁返 回共四十二頁a)比較淺的裂縫信號(xnho) b)經(jīng)過幅值甄別后的信號(xnho) 在探傷時，重要的是缺陷信號和干擾信號比。為了(wi le)獲得需要的頻率而采用濾波器，使某一頻率的信號通過，而將干擾頻率信號衰減。 上

13、一頁返 回用渦流探傷時的測量信號共四十二頁電渦流(wli)式傳感電渦流傳感器的應用電渦流傳感器電感式傳感器共四十二頁電渦流(wli)式傳感電渦流傳感器的應用 低頻透射(tu sh)式渦流厚度傳感器 電感式傳感器共四十二頁電渦流(wli)式傳感電渦流傳感器的應用 高頻反射式渦流厚度傳感器 電感式傳感器共四十二頁電渦流(wli)式傳感電渦流傳感器的應用 電渦流金屬板、帶材厚度測量電感式傳感器共四十二頁電渦流(wli)式傳感電渦流傳感器的應用 渦流非導電材料厚度測量 渦流軸心軌跡測量電感式傳感器共四十二頁電渦流(wli)式傳感電渦流傳感器的應用 渦流轉(zhuǎn)速測量 渦流振動測量電感式傳感器共四十二頁電渦流(wli)式傳感電渦流傳感器的應用 電感式傳感器共四十二頁本次作業(yè)1、復習什么是電渦流(wli)效應。2、電渦流傳感器的特點。3、了解電渦流傳感器的應用。4、預習壓磁式傳感器4、思考題 P107 作業(yè)題 P107 8、9、10共四十二頁內(nèi)容摘要本次課的內(nèi)容。式中, 導體電阻率(cm)。r導體相對磁導率。 交變磁場頻率(Hz)。體置于變化的磁場中或在磁場中作用切割磁