第4章6電渦流傳感器

4.3.4電渦流式傳感器

電渦流式傳感器是基于電渦流效應(yīng)工作的傳感器，優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量。電渦流式傳感器的變換原理是利用金屬導(dǎo)體在交流磁場(chǎng)中的電渦流效應(yīng)。若一金屬板置于一只線圈的附近，它們之間相互的間距為δ，當(dāng)線圈輸入一交變電流i時(shí)，便產(chǎn)生交變磁通量Φ，金屬板在此交變磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流i1，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，所以稱之為電渦流。

電渦流的大小與金屬板的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ、厚度h、金屬板與線圈的距離δ、激勵(lì)電流角頻率ω等參數(shù)有關(guān)。若固定某些參數(shù)，就可根據(jù)渦流的變化測(cè)量另一個(gè)參數(shù)。

電渦流將產(chǎn)生交變磁場(chǎng)H2，其方向與激勵(lì)磁場(chǎng)方向相反，由于磁場(chǎng)H2的反作用使導(dǎo)電線圈的有效阻抗(電感)發(fā)生變化。電渦流傳感器的等效電路把被測(cè)導(dǎo)體上形成的電渦流等效成一個(gè)短路環(huán)中的電流，短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線圈，其電阻為R1、電感為L(zhǎng)1。這樣線圈與被測(cè)導(dǎo)體便可等效為兩個(gè)相互耦合的線圈。線圈與導(dǎo)體間存在一個(gè)互感M，它隨線圈與導(dǎo)體間距x的減小而增大。圖4-19電渦流傳感器等效電路MRL1LR14.3.3電渦流傳感器的種類電渦流在金屬導(dǎo)體內(nèi)的滲透深度為:說明電渦流在金屬導(dǎo)體內(nèi)的滲透深度與傳感器線圈的激勵(lì)信號(hào)頻率有關(guān)。故電渦流式傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類。目前高頻反射式電渦流傳感器應(yīng)用較廣泛。高頻(>lMHz)激勵(lì)電流產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)作用于金屬板的表面，由于趨膚效應(yīng)，在金屬板表面將形成電渦流。與此同時(shí)，該渦流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)又反作用于線圈，引起線圈自感L或阻抗ZL的變化。線圈自感L或阻抗ZL的變化與線圈附近金屬板的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ、激勵(lì)電流i及角頻率ω等有關(guān)，若只改變距離δ而保持其它參數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈自感的變化，通過測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出。高頻反射式渦流傳感器多用于位移測(cè)量。

1.高頻反射式電渦流傳感器CZF1型渦流傳感器主要由一個(gè)安置在框架上的扁平圓形線圈構(gòu)成。此線圈可以粘貼于框架上，或在框架上開一條槽溝，將導(dǎo)線繞在槽內(nèi)。1234561線圈2框架3襯套4支架5電纜6插頭iedM～ΦeΦｉ電渦流傳感器原理圖高頻反射式電渦流傳感器工作原理：當(dāng)被測(cè)金屬物體與傳感器間的距離d改變時(shí)，傳感器的Q值和等效阻抗Z、電感L均發(fā)生變化，于是把位移量轉(zhuǎn)換成電量。這便是電渦流傳感器的基本原理。可以測(cè)量位移、或作為接近開關(guān)。2.低頻透射式電渦流傳感器發(fā)射線圈L1和接收線圈L2分置于被測(cè)金屬板的上下方。由于低頻磁場(chǎng)集膚效應(yīng)小，滲透深，當(dāng)?shù)皖l電壓u1加到線圈L1的兩端后，所產(chǎn)生磁力線的一部分透過金屬板,使線圈L2產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)u2。但由于渦流消耗部分磁場(chǎng)能量，使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)u2減少。u2的大小與金屬板的厚度及材料的性質(zhì)有關(guān)，試驗(yàn)表明u2隨材料厚度h的增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少,因此，若金屬板材料的性質(zhì)一定，則利用u2的變化即可測(cè)金屬板厚度。線圈L2的感應(yīng)電壓與被測(cè)厚度的增大按負(fù)冪指數(shù)的規(guī)律減小，即式中δ——被測(cè)金屬板的厚度；h——貫穿深度。測(cè)量厚度時(shí)，激勵(lì)頻率應(yīng)選得較低。頻率太高，貫穿深度小于被測(cè)厚度，不利于進(jìn)行厚度測(cè)量，通常選激勵(lì)頻率為1kHz左右。測(cè)薄金屬板時(shí)，頻率一般應(yīng)略高些，測(cè)厚金屬板時(shí)，頻率應(yīng)低些。從而保證在測(cè)量不同材料時(shí)能得到較好的線性和靈敏度。反射式渦流傳感器應(yīng)用：

1、利用位移作變換量，可以測(cè)量位移、振動(dòng)、厚度、轉(zhuǎn)速，接近開關(guān)，計(jì)數(shù)器，

2、利用電阻率作變換量，可測(cè)量溫度，判別材質(zhì)，

3、利用磁導(dǎo)率作變換量，可測(cè)量應(yīng)力、硬度，

4、利用磁導(dǎo)率、電阻率等綜合影響，可制成探傷裝置、金屬探測(cè)器。透射式渦流傳感器應(yīng)用：測(cè)量金屬板的厚度。4.3.4電渦流傳感器的轉(zhuǎn)換電路電渦流傳感器轉(zhuǎn)換電路的作用就是將Z、L或Q轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。阻抗Z的轉(zhuǎn)換電路一般用電橋。交流電橋?qū)鞲衅骶€圈的阻抗變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化。圖中L1、L2是兩個(gè)傳感器線圈，它們與電容C1、C2的并聯(lián)阻抗Z1、Z2作為電橋的兩個(gè)橋臂.U0圖4-22交流電橋測(cè)量電路L1振蕩器R1R2C2~C1L2檢波放大4.4電感式傳感器的應(yīng)用圖4-25加速度傳感器1懸臂梁；2差動(dòng)變壓器；3銜鐵12a3位移測(cè)量振幅測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量電感測(cè)微儀探頭測(cè)量電橋交流放大相敏檢波指示器振蕩器變氣隙式電感測(cè)微儀動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍：±1mm分辨率：1um精度：3%F電感壓力傳