传感器课件3[1].5_电涡流式传感器d.ppt

1、,3.4 电涡流式传感器,当导体置于交变磁场或在固定磁场中运动时，导体内引起感应电流，此电流在导体内闭合,称为涡流。,上一页,下一页,返 回,3.5.1 工作原理,线圈置于金属导体附近： 线圈中通以交变电流 i1 i1产生正弦交变磁场 H1 金属导体内就会产生涡流i2 涡流i2产生反向电磁场H2 反作用于线圈 ,导致线圈的电感 、阻抗和品质因数变化,电涡流效应演示,当电涡流线圈与金属板的距离x 减小时，电涡流线圈的等效电感L 及感抗XL减小，但等效电阻R 增大。 由于感抗XL 的变化比 R 的变化 大 得 多，因此，流过线圈的电流 i1 增大。,线圈的电感 、阻抗和品质因数的变化程度取决于线圈

2、L的外形尺寸、线圈至金属板的距离、金属板材料的电阻率和磁导率 以及激励电源的频率等参数 。 若控制上述参数中的一个发生变化，其余不变，就能构成测量该参数的传感器。,电涡流效应的等效电路如图,导体中的电涡流等效为短路环中的电流I2。根据基尔霍夫定律得电压平衡方程：,由此可得线圈受金属导体涡流影响后的等效阻抗：,线圈受金属导体涡流影响后的等效电感：,线圈受金属导体涡流影响后的品质因数：,(3-69),(3-70),(3-71),三式均为M的非线性函数,3.5.2 结构类型,高频反射式,采用高频激励，影响性能的因素有：线圈的结构尺寸、材料；框架的材料；所用电缆和插头；被测导体的电导率、磁导率、大小、

3、形状、厚度等。（书P88）,线圈 框架 3框架衬套 4 支架 5电缆 6插头,线圈外径大，线性范围就大，但灵敏度低；线圈内径和厚度的变化影响较小； 被测体的电导率高，灵敏度也高。磁导率相反，且磁性体比非磁性体的灵敏度低。 被测体表面镀层性质和厚度不均匀将影响测量精度。 被测体的大小和形状的影响。平面被测体的直径不应小于线圈直径的1.8倍。圆柱被测体直径不应小于线圈直径的3.5倍。 被测体厚度一般要大于0.2mm才不影响测量结果。,2. 低频透射式(常用来测厚),透射式涡流传感器原理 线圈感应电势与厚度关系曲线,测厚的依据: u2的大小间接反映了材料M的厚度h （t为电涡流的贯穿深度）,上一页,

4、下一页,返 回,t大，则u2大,要选择变化率较大的曲线部分： 测薄板时，h小，选t3 ，即激励频率要高 ， 测厚板时，h大，选t1 ，即激励频率要低。,U2与电涡流的贯穿深度t有关,结论：,当被测材料的电阻率不同时，渗透深度的值也不相同，于是又引起u2h曲线形状的变化，为使测量不同的材料时所得到的曲线形状相近，就需在变动时保持t不变，这时应该相应地改变f。测较小的材料(如紫铜)时，选用较低的频率 (500Hz);而测较大的材料(如黄铜、铝)时，则选用较高的频率 (2KHz)，从而保证传感器在测量不同材料时的线性度和灵敏度的一致性。,上一页,下一页,返 回,测量薄板时应选较高的频率，测量厚材时应

5、选较低的频率。,3.5.3 测量电路,根据电涡流式传感器 的工作原理，针对被测参量可以转换为电感、阻抗或Q值三种参数的变化，测量电路也有三种：谐振电路、电桥电路和Q值测试电路。 本节只讲解谐振电路。 谐振电路的原理是将传感器线圈和电容组成并联谐振回路，则谐振时的频率和阻抗为：,当传感器电感L变化时，f 和Z0均随之改变。,1.定频调幅电路,晶体振荡器提供高频激励信号； R为耦合电阻； 输出高频载波信号较小，高频放大、检波、滤波环节使输出信号便于传输与测量； 源极输出器用于减小振荡器的负载； 线路复杂，装调困难，线性范围窄。,344 定频调幅谐振曲线,2. 变频调幅电路,将传感器 接入电容三点式

6、振荡回路，当导体接近传感器线圈时，由于涡流效应，振荡器输出电压的幅度和频率均变化，利用振荡幅度的变化来检测线圈与导体间的位移变化。 结构简单，灵敏度高，线性范围宽。,3. 调频电路,与变频调幅电路不同 的是常以振荡频率的变化作为输出信号。若以电压作为输出信号，则后接鉴频器。 关键：提高振荡器的频率稳定度，从环境温度变化、电缆电容变化和负载影响三方面考虑。,间距x的测量：如果控制上式中的i1、f、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为间距x的单值函数，这样就成为非接触地测量位移的传感器。 多种用途：如果控制其他参数不变，就可以用来检测与表面电导率有关的表面温度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率

7、有关的材料型号、表面硬度等参数。,3.5.4 电涡流式传感器的应用,Z=f（i1、f、r、x）,上一页,下一页,返 回,1位移测量,(a) 汽轮机主轴的轴向位移测量示意图 (b) 磨床换向阀、先导阀的位移测量示意图 (c) 金属试件的热膨胀系数测量示意图,上一页,下一页,返 回,2 振幅测量,(a)汽轮机和空气压缩机常用的监控主轴的径向振动的示意图 (b)测量发动机涡轮叶片的振幅的示意图 (c) 通常使用数个传感器探头并排地安置在轴附近,上一页,下一页,返 回,3厚度测量,电涡流式厚度计的测量原理图,上一页,下一页,返 回,4转速测量,f频率值(Hz)； n旋转体的槽(齿)数； N被测轴的转速

8、(rmin)。,上一页,下一页,返 回,5. 涡流探伤,可以用来检查金属的表面裂纹、热处理裂纹以及用于焊接部位的探伤等。 综合参数(x, , )的变化将引起传感器参数的变化，通过测量传感器参数的变化即可达到探伤的目的。 在探伤时导体与线圈之间是有着相对运动速度的，在测量线圈上就会产生调制频率信号,上一页,下一页,返 回,a)比较浅的裂缝信号 b)经过幅值甄别后的信号,在探伤时，重要的是缺陷信号和干扰信号比。 为了获得需要的频率而采用滤波器，使某一频率的信号通过，而将干扰频率信号衰减。,上一页,返 回,用涡流探伤时的测量信号,位移测量仪,位移测量包含： 偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、移动、

9、圆度、冲击、偏心率、冲程、宽度等等。来自不同应用领域的许多量都可归结为位移或间隙变化。,数显位移测量仪及探头,420mA电涡流位移传感器外形（参考德国图尔克公司资料）,齐平式电涡流位移传感器外形（参考德国图尔克公司资料）,V系列电涡流位移传感器外形（参考浙江洞头开关厂资料）,V系列电涡流位移传感器性能一览表（摘自洞头开关厂资料）,偏心和振动检测,测量弯曲、波动、变形,对桥梁、丝杆等机械结构的振动测量，须使用多个传感器。,测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪,测量冷轧板厚度,测量封口机工作间隙,间隙越大，电涡流越小,测量注塑机开合模的间隙,间距,电涡流位移传感器的距离与输出电压特性曲线,1量程为1

10、0mm 2量程为16mm 3量程为20mm,振动测量,用电涡流探头、调幅法测量简谐振动时，探头的输出波形。,调频法测量振动的波形,振动测量,测量悬臂梁的振幅及频率,各种测量转速的传感器及其与齿轮的相对位置,电动机转速测量,镀层厚度测量,由于存在集肤效应，镀层或箔层越薄，电涡流越小。测量前，可先用电涡流测厚仪对标准厚度的镀层和铜箔作出“厚度-输出”电压的标定曲线，以便测量时对照。,电涡流涂层厚度仪,电涡流式通道安全检查门,安检门的内部设置有发射线圈和接收线圈。当有金属物体通过时，交变磁场就会在该金属导体表面产生电涡流，会在接收线圈中感应出电压，计算机根据感应电压的大小、相位来判定金属物体的大小。在安检门的侧面还安装一台“软x光”扫描仪，它对人体、胶卷无害，用软件处理的方法，可合成完整的光学图像。,安检门演示,电涡流表面探伤,手持