《智能传感器与智能仪表》课件-5.1 电涡流式传感器的基本原理及分类

电涡流式传感器的基本原理及分类智能传感技术赋能制造强国项目五

磁敏传感器电气工程学院目录CONTENTS电涡流式传感器的定义Smartsensorsandsmartmeters01电涡流式传感器探头结构Smartsensorsandsmartmeters02电涡流式传感器的工作原理Smartsensorsandsmartmeters03电涡流式传感器的分类Smartsensorsandsmartmeters04“双碳”目标核心工业场景知识导入碳达峰碳中和大型发电厂大型钢铁厂重型机械厂知识导入发电厂的汽轮机发电系统的“心脏”如何在不接触高速旋转金属表面的前提下，精准捕捉微小振动？电涡流式传感器主轴需以每秒3000转的高速稳定旋转微米级的振动偏差都可能影响整体运行电涡流式传感器的定义电涡流式传感器涡流效应原理对表面为金属导体的物体实现多种物理量的非接触测量位移振动厚度转速应力硬度电涡流式传感器的定义02频率响应宽03灵敏度高01结构简单04测量范围大06非接触测量05抗干扰能力强电涡流式传感器的优点电涡流式传感器探头结构01|核心部件扁平圆形电涡流线圈|聚四氟乙烯框架窄槽绕线设计高频信号激励产生交变磁场高频电缆线|传输信号，间距0.5-1.0mm-30℃至120℃可稳定运行电涡流式传感器探头结构保护线圈并固定位置调节螺纹探头前端壳体集成信号处理电路连接外部设备电缆插头电源指示灯阈值指示灯电涡流式传感器的工作原理涡流效应的基本概念通过金属体的磁通发生变化时，会在导体中产生感生电流，电流在导体中自行闭合电涡流电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化涡流效应利用涡流效应，将非电量转换为阻抗的变化而进行测量电涡流式传感器涡流产生的必要条件①存在交变磁场②

导体处于交变磁场中电涡流式传感器的工作原理原理具象化：线圈与金属的互动一个扁平线圈置于金属导体附近，当线圈中通有交变电流

时，线圈周围就产生一个交变磁场0102置于这一磁场中的金属导体就产生电涡流

，电涡流也将产生一个新磁场03

与

方向相反，因而抵消部分原磁场，使通电线圈的有效阻抗发生变化电涡流式传感器的工作原理影响线圈阻抗的关键参数线圈与导体距离d核心被测参数导体电导率σ铝vs铜差异显著导体磁导率μ铁磁材料影响大激励频率f1决定穿透深度电涡流式传感器的工作原理影响线圈阻抗的关键参数检测铝合金零件，电导率变化会影响测量结果吗？电路方程组电涡流式传感器的工作原理传感器线圈的复阻抗ReLe电涡流式传感器的分类高频反射式电涡流传感器工作原理02高频磁场作用于金属表层集肤效应限制涡流于表面涡流反作用使线圈阻抗变化转换为电压信号输出结构特点01主要由一个固定在框架上的扁平线圈组成线圈可以粘贴在框架的端部，也可以绕在框架端部的槽内数学关系03线圈阻抗ρ：导体电阻率µ：导体导磁率r：导体和线圈的尺寸因子δ——导体表面到线圈距离ω——线圈内交变电流频率典型应用04线圈阻抗位移测量分辨率达0.1μm振动监测汽轮机轴振动转速检测键相位识别电涡流式传感器的分类CZF-1系列电涡流传感器的性能型号线性范围

/μm线圈外径

/mm分辨力

/μm线性误差

(%)使用温度

/℃CZF1-10001000∅71<3-15~+80CZF1-30003000∅153<3-15~+80CZF1-50005000∅285<3-15~+80探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？线圈外径越大，测量范围就越大，但分辨力就越差，灵敏度也降低电涡流式传感器的分类低频透射式电涡流传感器发射线圈L1金属板接收线圈L201|结构示意图电涡流式传感器的分类低频透射式电涡流传感器工作原理由振荡器产生的低频电压L1加到发射线圈两端，于是在接收线圈L2两端将产生感应电压u2它的大小与u1的幅值、频率以及两个线圈的匝数、结构和两者的相对位置有关02u2的大小间接反映了金属板的厚度δ为被测金属板厚，t为磁贯穿深度如果两个线圈之间设置一金属板，则在金属板内产生电涡流，该电涡流消耗了部分能量，使到达线圈L2地磁力线减小，引起u2下降输出电压：金属板厚度越大，电涡流损耗越大，u2就越小。特性如图所示。电涡流式传感器的分类低频透射式电涡流传感器

03频率选择策略薄板测量选较高频-如2kHz灵敏度高厚板测量选较低频-如500Hz线性度佳电涡流式传感器的分类低频透射式电涡流传感器特性高频反射式低频透射式激励频率>1MHz~1kHz测量对象位移、振动厚度线性范围窄（量程50mm内）宽（可达100mm）穿透深度浅（集肤效应）深工业案例3800XL传感器监测轴振动钢水连铸板厚控制04典型应用|

金属板材厚度在线检测（0.1~100mm）|涂层/镀层厚度测量案例分析：我国自主研发传感器赋能钢铁企业高质量生产传统检测的痛点人工抽样+千分尺测量无法实时反映生产过程中的厚度变化实时性差进口厚板测量传感器价格昂贵，售后维护响应周期长，影响生产线连续运行依赖进口生产参数调整不及时每年因废品造成的原材料浪费和产能损失超500万元滞后性强案例分析：我国自主研发传感器赋能钢铁企业高质量生产电涡流传感器的解决方案该企业针对厚钢板测量需求做了三项优化低频透射式电涡流式传感器（型号：CZF-5000）激励频率800Hz线圈框架耐高温增加模块温度补偿案例分析：我国自主研发传感器赋能钢铁企业高质量生产应用效果测量精度从±0.3mm提升至±0.1mm，满足高端特钢的厚度要求经济效益废品率从5%降至1.2%，每年节约的成本超200万元自主化价值设备价格为进口产品的1/3，售后周期缩短至24h，打破国外垄断检测效率从每小时3次提升至每秒10次，实现实时闭环控制.课程小结守护汽轮机安全旋转