电涡流传感器实验

1、电涡流传感器实验应物1001班 张进保 U201017303 【实验目的】1掌握电涡流传感器的基本结构和工作原理；并通过实验了解不同材料对电涡流传感器特性的影响。2 掌握电涡流传感器的静态标定方法，通过实验进行电涡流传感器的静态标定。3通过电涡流方法测量振幅、重量、电机转速，掌握电涡流传感器的实际应用技术。 【实验原理】 电涡流传感器由平面线圈和金属片组成。当线圈中通以高频交变电流后，与其平行的金属片上受感应而产生涡旋状电流，这种现象称为涡流效应。产生的感应电流，又称为电涡流。电涡流传感器正是基于这种涡流效应而工作的。图 1 电涡流效应图 2 电涡流效应的等效电路如图1 所示，一个通有交变电流

2、I1的线圈，置于一块导电材料附近，由于交变电流的存在，在线圈周围就产生一个交变磁场H1，导电材料内便产生电涡流I2，电涡流I2也将产生一个新磁场H2,H2与H1方向相反，因而抵消部分原磁场H1，从而导致线圈的等效阻抗发生变化。可见，线圈与导体之间存在着磁的联系，若把导电材料看成一个具有内阻的线圈，则图1 可用图2 所示的等效电路表示。R1、R2分别为线圈和导电材料的等效电阻L1、L2，分别为线圈和导电材料的等效电感。M为互感参数，表征线圈与导电材料之间磁联系强弱。由图2可列出下列方程：R1I1+jL1I1-jMI2=UR2I2+jL2I2-jMI1=0 (1)解式(1)，可得线圈的等效阻抗Z:

3、Z=UI=R1+R22M2R22+2L22+jL1-L22M2R22+2L22=R+jL (2)前两项为等效电阻，第三项为等效电抗，第三项中括号内为等效电感。线圈的品质因数Q为Q=L1-L22M2R22+2L22R1+R22M2R22+2L22 (3)由上不难看出，金属导体的电阻率、磁导率、线圈与金属导体之间的距离X以及线圈激励电流的角频率等参数，都将通过电涡流效应与线圈等效阻抗发生联系。或者说线圈等效阻抗是这些参数的函数，即 Z=f,x, (4)若能保持上述,x, 四个参数中的任意三个参数恒定，则等效阻抗将与第四个参数之间建立一一对应的关系，构成了从第四个参数到等效阻抗之间的转换关系。 【实

4、验仪器】CSY10B型传感器系统实验仪（电涡流传感器、电涡流变换器、测微头、电压/频率表、差动放大器、电桥、测速电机及转盘）、三种金属涡流片（铁、铜、铝）、示波器、砝码等【实验内容与步骤】（一）电涡流传感器的传感特性和静态标定1、安装好电涡流线圈和金属涡流片，注意二者必须保持平行（必要时可稍许调整探头角度）。安装好测微头，将电涡流线圈接入涡流变换器输入端，涡流变换器输出端接电压表20V档。2、 开启仪器电源，用测微头将电涡流线圈和涡流片分开一定距离，此时输出端有一电压值输出。将示波器接涡流变换器输入端，观察电涡流传感器的高频波形。信号频率约1MHz。3、用测微头带动振动平台使平面线圈完全贴紧金

5、属涡流片，此时涡流变换器的输出电压为零，涡流变换器中的振荡电路停振。4、 旋动测微头是平面线圈离开金属涡流片，从电压表开始有读数起每位移0.25mm记录一个读数，并用示波器观察高频振荡波形。将被测位移X、输出电压V的读数填入下表，作出VX曲线，指出线性范围，找出其最佳工作点并求出灵敏度。（二）被测材料对电涡流传感器特性的影响1、 按内容一的方法重新安装好传感器，开启电源。2、 分别对铁、铜、铝被测体进行测量，记录被测位移X、输出电压V的读数。3、 依据所记录的数据，在同一个坐标下作出涡流传感器对不同被测材料的VX曲线。4、 分别找出传感器对各种被测材料的线性范围、灵敏度、最佳工作点，并进行比较

6、。可得出结论：对于不同被测材料，涡流传感器的灵敏度、线性范围都不相同，必须分别进行标定。（三）用电涡流传感器称重1、 差动放大器增益调为1，输出接电压表20V档。利用实验内容一的结果，将平面线圈安装在线性工作范围的起始点。调整电桥，使系统输出为零。2、 在测量平台中间逐步增加砝码，记录被测重量W和输出电压值V。3、 依据所测量的对应数据，作出传感器特性（VW）曲线，计算灵敏度。4、 取下砝码，放上未知重量之物品，根据标定曲线计算被测物重量，并计算绝对误差、相对误差、引用误差、精度等级。（四）电涡流传感器测量电机转速1、 将电涡流传感器线圈支架转一角度，安装于电机转盘上方，线圈与转盘面平行，在不

7、摩擦的前提下距离越近越好。2、电涡流线圈与涡流变换器相接，涡流变换器输出接示波器，开启电机开关，调节转速，同时调整平面线圈在转盘上方的位置，通过示波器观察，使变换器输出的脉动波对称。3、 仔细观察示波器两相邻波形的峰值是否一致，如有差异，说明平面线圈与转盘或者不平行、或者电机本身存在振动。利用已经获得的铁材料涡流片特性曲线可大致判断转盘面与线圈的不平行度。4、 将电压/频率表2kHz档接入涡流变换器输出端，读取脉动波形变化的周期数值，并与示波器读取的频率作比较。转盘的转速=脉动波形数÷2。【实验数据与处理】（一）1、铜片d (mm)U (v)11.750-8.3612.000-8.3

8、412.250-8.3112.500-8.2912.750-8.2613.000-8.2313.250-8.2113.500-8.1813.750-8.1414.000-8.1014.250-8.0614.500-8.0314.750-7.9915.000-7.9515.250-7.9015.500-7.8415.750-7.77铜片图由上可知，当工作距离在12.000-13.750（mm）之间时，其曲线线性度较好。灵敏度v/d=0.1416v/mm.（二）2、铁片d (mm)U (v)10.000-8.0810.250-8.0410.500-8.0010.750-7.9611.000-7.9

9、111.250-7.8511.500-7.8011.750-7.7412.000-7.6812.250-7.6112.500-7.5212.750-7.4413.000-7.3513.250-7.2513.500-7.1413.750-7.0214.000-6.90铁片图由上可知，当工作距离在10.750-13.750（mm）之间时，其曲线线性度较好。灵敏度v/d=0.2887v/mm.3、铝片d (mm)U (v)14.500-8.0614.750-8.0315.000-7.9915.250-7.9515.500-7.9115.750-7.8716.000-7.8316.250-7.7716.500-7.7016.750-7.6117.000-7.5317.250-7.4317.500-7.3117.750-7.2018.000-7.0518.250-6.8818.500-6.69由左可知，当工作距离在15.500-18.000（mm）之间时，其曲线线性度较好。灵敏度v/d=0.3224v/mm.（三）铜片：被测重量 *17.5g0123456789输出电压 v-0.97-0.95-0.91-0.88-0.85-0.83-0.81-0.79-0.78-0.78由上图可知