傳感器應(yīng)用技術(shù) 課件 知識點：4.5電渦流式傳感器及應(yīng)用

傳感器應(yīng)用技術(shù)項目四

基于電感式傳感器接近式開關(guān)的設(shè)計與制作電渦流式傳感器及應(yīng)用電渦流式傳感器是利用金屬導(dǎo)體中的渦流與激勵磁場之間進(jìn)行電磁能量傳遞而實現(xiàn)的，因此也必須有一個交變磁場的激勵源（傳感器線圈）。被測對象以某種方式調(diào)制磁場，從而改變激勵線圈的電感。電渦流式傳感器的工作原理是基于電渦流效應(yīng)，電感線圈產(chǎn)生的磁力線經(jīng)過金屬導(dǎo)體時，金屬導(dǎo)體就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流的流線呈閉合回線，類似水渦形狀，故稱之為電渦流，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。電渦流式傳感器由一個線圈和與線圈鄰近的金屬體組成。電渦流式傳感器（a）傳感器激勵線圈

（b）被測金屬導(dǎo)體圖3-1電渦流式傳感器原理圖

電渦流式傳感器電渦流式傳感器工作原理和等效電路如圖所示：采用電渦流式傳感器并配用相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路，可得到與該被測量相對應(yīng)的電信號（電壓、電流或頻率）輸出。這種方法常用來測量位移、金屬體厚度、溫度等參數(shù)，并可用作探傷。電渦流式傳感器1.電渦流的徑向形成范圍線圈—導(dǎo)體系統(tǒng)產(chǎn)生的電渦流密度既是線圈與導(dǎo)體間距離x的函數(shù)，又是沿線圈半徑方向r的函數(shù)。當(dāng)導(dǎo)體間距離x一定時，電渦流密度

J與半徑r的關(guān)系曲線如圖所示。電渦流式傳感器金屬扁平線圈渦流區(qū)r/ras1hrasj

電渦流密度J與半徑r的關(guān)系曲線①電渦流徑向形成范圍大約在傳感器線圈外徑ras的1.8～2.5倍范圍內(nèi)，且分布不均勻。②電渦流密度在ri=0處為零。

③電渦流的最大值在r=ras附近的一個狹窄區(qū)域內(nèi)。④可以用一個平均半徑為 的短路環(huán)來集中表示分散的電渦流。電渦流式傳感器2.電渦流強(qiáng)度與距離的關(guān)系理論分析和實驗都已證明，當(dāng)x改變時，電渦流密度也發(fā)生變化，即電渦流強(qiáng)度隨距離x的變化而變化。根據(jù)線圈—導(dǎo)體系統(tǒng)的電磁作用，可以得到金屬導(dǎo)體表面的電渦流強(qiáng)度為：

電渦流式傳感器

以上分析表明：①電渦流強(qiáng)度與距離x呈非線性關(guān)系，且隨著x/ras的增加而迅速減小。②當(dāng)利用電渦流式傳感器測量位移時，只有在x/ras<<1(一般取0.05～0.15)的條件下才能得到較好的線性和較高的靈敏度。電渦流強(qiáng)度與距離歸一化曲線電渦流式傳感器3.電渦流的軸向貫穿深度所謂貫穿深度是指把電渦流強(qiáng)度減小到表面強(qiáng)度的1/e處的表面厚度。由于金屬導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)，電渦流只存在于金屬導(dǎo)體的表面薄層內(nèi),存在一個渦流區(qū)，并且導(dǎo)體中產(chǎn)生的電渦流強(qiáng)度是隨導(dǎo)體厚度的增加按指數(shù)規(guī)律下降的。其按指數(shù)衰減分布規(guī)律可用下式表示：電渦流式傳感器式中：d——金屬導(dǎo)體中某一點與表面的距離；

Jd——沿H1軸向d處的電渦流密度；

J0——金屬導(dǎo)體表面電渦流密度，即電渦流密度最大值；

h——電渦流軸向貫穿的深度（趨膚深度）。圖中所示為電渦流密度軸向分布曲線。由圖可見，電渦流密度主要分布在表面附近。電渦流式傳感器傳感器最常用的結(jié)構(gòu)形式是采用扁平線圈，金屬體與線圈平面平行放置。電渦流式傳感器電渦流傳感器電渦流式傳感器電渦流在金屬導(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信號頻率有關(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。電渦流式傳感器的應(yīng)用導(dǎo)體電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ線圈激勵電流的頻率f1.高頻反射式渦流傳感器電渦流式傳感器的應(yīng)用2.低頻透射式渦流厚度傳感器電渦流式傳感器的應(yīng)用3.電渦流傳感器測量位移電渦流式傳感器的應(yīng)用4.電渦流安全門