传感器第四章电涡流传感器

第四章电涡流式传感器§4-1电涡流式传感器的工作原理一、基本原理一个通有交流电流J1的传感器线圈，由于电流的变化，在线圈周围就产生一个交变磁场H1。涡电流

被测导体置于该磁场周围之内，被测导体内变会产生电涡流J2，电涡流也将产生一个新的磁场H2。

H2与H1方向相反，因而抵消部分原磁场，从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因素发生改变。抗阻电感品质因数二、等效电路分析将涡电流等效为一个短路环，则等效电路为：由克希霍夫定律，得：式中，R1，L1_为线圈电阻、电感；R2，L2_金属导体的电阻和电感M_互感系数解：记线圈等效阻抗：线圈等效电阻线圈等效电感圈的品质因数：金属导体中产生的涡电流环的阻抗Q0无涡流影响（4）由于涡流损耗能量，使线圈阻抗的实数部分增加，导致品质因数Ｑ值下降(与金属材料的导磁性无关)。讨论（1）阻抗、电感、品质因数都与互感系数M有关。M与x为非线性关系，x,M，所以：（2）若被测体为磁性材料，则x减小，有效磁导率增大，于是L1也增大；若被测导体为非磁性材料，有效磁导率与x无关，于是L1=const.;（3）由于涡电流的存在，使得等效电感L减小，而且，x减小，L也减小越多

；一、电涡流与轴向距离的关系由线圈－导体的电磁作用，可得导体中电涡流为：§4-2电涡流形成的范围电涡流不仅是距离x的函数，而且只在被测导体的表面薄层及半径的有限范围内形成。1、电涡流随轴向距离x的增加而迅速减小；即：讨论2、为了获得较强的电涡流效应，应保证：一般：一种简化的模型如图。导体假设只有一个环，而环中的电涡流密度（电流/单位面积）是半径的函数：二、涡电流的径向形成范围被测金属线圈外半径线圈内半径线圈结论讨论1、当时，即在线圈外径处，电涡流密度最大（＝jo)；2、在线圈的轴线附近，电涡流非常小，可以设想为一个孔，这个孔的孔径为 ；3、当（称“有效外径”时，电流密度衰减到最大值的5％）－金准属表木面涡哨流密剖度（剑即最辩大电丑流密个度）纪；ｔ－趋冻肤深杆度（狐轴向构贯穿屋深度修）；在距俩离导委体表针面x=廊t处，误该处踏涡流弱密度路为：三、幕电涡邪流的伤轴向贯穿慌深度由于前“趋持肤效漂应”按，涡垦流密永度在服金属挥导体爱中的戴轴向毒分布按指掌数规仿律衰锹减：－金圣属导妻体中怀某点祸距离鸣金属搜表面x的电眼涡流仰密度械；“趋母肤效励应”(集肤羡效应抵）—交流务电通运过导佳体时抄，由不于感班应作柳用，晴引起嗽导体哈截面愁积上普电流贪分布饶不均蛛匀；露越近黄导体犁表面犬，电失流密祝度越消大。则该深度捞即为趋肤孝深度挤（或餐轴向僵贯穿矛深度君）。贯穿南深度县值可梳由下记式计盒算：导体设电阻继率；相对蓝磁导康率；激励侨频率（1）贯雅穿深泳度与吊被测缎体的城材料烂有关年；（2）当渴被测档导体吴材料总一定爸时。旬轴向抽贯穿俗深度烧是激泥励频逐率的沃函数瞎。频杏率越掩高，仰趋肤鬼深度绝越小侄。讨论(c裳m)§4稿-3电涡团流传脑感器肝的设参计一、摊线圈帅的形衬状和恐大小在线诉圈中容，取悉单匝科载流每圆导独线，沉在其躬轴上弃的磁诵感应帐强度做：毕奥酷－沙疾法－特拉普决拉斯零定律bsrosdrrisBpxrx传感器线圈在轴上的磁感应强度rdxp讨论半径棉较小校处（r↓）,则越耐接近户（线杆圈）置导线浴（x↓），磁常感应崖强度沾越大僻（Bp↑）；而在悔远离浆（线晚圈）跪导线桂的地怕方（x↑）,则半郊径大案的地恭方（r↑），磁箩感应川强度亿大（Bp↑）。K=36*10-10（激泳励电币流不俭变）考虑订扁平夫导线老，单留位面限积上顷的电沟流密仪度：取通单过截枕面积版为dx素dr处的疤圆形域电流刮：此电载流在木轴上x处所晚产生坊的磁郊感应尼为：则，笛整个沾载流培扁平璃线圈越在x处所毙产生婆的总翼的磁拐感应暖强度根：1、线告圈外她径越穗大，盏线圈糕的磁膝场轴器向分祥布范穴围（遵即线宝性范物围）午越大闭，但煤是磁闭感应蒙强度皮的变俘化的盏梯度坝（即写灵敏笨度）停越小秆；反末之亦功然。2、线隔圈内板径的光变化抖对线尚性范赴围和糊灵敏坊度影厌响不味大。3、线碧圈厚幸度的酬变化踪蝶对线锄性范宋围和稠灵敏肺度影女响不西大。讨论线圈胜外径率影响线圈勒内径罚影响线圈畜厚度要影响§4－4被测歼体材抚料形猪状和兴大小晒的影搞响一、竞被测卷体材词料的肯影响被测碎体材脊料传感牛器线府圈的倚阻抗灵敏叉度1、被左测体电导颗率线圈站等效栋阻抗电涡莲流灵敏当度2、非磁嗽性体比磁性耍体的测报量灵别敏度秋高：即磁性岭材料拿灵敏慨度低脏。涡流效应引起变化

L线圈的等效电感3、若寸被测体表焰面有抬镀层且不时均匀途，则当汗激励徐频率使趋妹肤深伶度，干革扰影满响强蓬烈。A二、怒被测腐体大壳小形亚状的索影响为了熄充分乞地有莲效利昆用电倡涡流任效应能，被且测体瓣的大抹小、狠形状夏应不筛影响生电涡爆流形茶成的滚有效吐范围赚。否策则灵体敏度纳下降刻。(1胸)被测怪体的厌面积爹要求>>线圈呢面积圆柱虫体被仰测体少直径>线圈败直径坛的3.涂5倍以锅上。(2掩)厚度策要求>0带.2搂mm三、煮被测息体周争围磁收场对划测量呢的影廉响(2米)测量仆非磁非性材除料时街，周瞧围的论磁场姨对测攻量无共影响赴。(3悔)而测辰量磁凳性材营料时撑，周沿围的川磁场询若ｙ东方向隆，则驰对测词量有殖影响婆。(1确)传感币器线肯圈周哪围，碑除被里测导驱体外境，应村尽可拉能避谱开其绝他导早体。有影响无影响四、验传感患器安蔑装对船测量祥的安者装传感酷器线伟圈（齿未加书屏蔽梳时）楚与非廉被测踩金属亚之间绿，至俭少需潜要相端距一性个线搂圈的骑直径绵大小传感椒器壳维体（奇非被宣测金楼属）被测召体一、扔电桥蓬电路铸（阻捡抗变姨换电器路）两个梳传感兽器线哈圈当被风测体细与线身圈耦脊合时，电桥交失衡经放担大桥美波输吉出§4－5测量蜡电路用于第差动钟式电驶涡流附传感铸器蕉如图两个涡电贱流传镜感器肝组成怒差动览结构L1L2二、步谐振讽法：谐振授频率谐振鞭时，蜡回路债的阻辰抗最卵大：将线挺圈电烦感Ｌ老与固柜定电日容并情联成拦谐振必电路健。R’R’－回换路的轻等效贪损耗答电阻当电炼感L发生遥变化北时，万回路着的等妄效阻驳抗和锄谐振避频率切也发帜生变丙化。可以谅通过沟测量亩回路巴中阻玻抗或肺谐振专频率苦的方蒸法即酬可以糕间接缠反映全传感勤器的识测量狸值；测量快方法采：调奸幅法烈和调桐频法枕。§4－6其它中形式反的电筛涡流求传感卸器u1u2L1L2h低频衬电涡逮流测脾厚仪发射天线圈接收副线圈原理：接蝴收线