電渦流式傳感器資料PPT課件

1、電渦流 要理解的幾個概念 電渦流的產生必然要消耗一部分能量，從而使產生磁場的線圈阻抗發(fā)生變化，這一物理現象稱為電渦流效應。 當通過金屬導體中的磁通量發(fā)生變化時，就會在導體中產生感應電流，這種電流在導體中是自行閉合的，這就是所謂的電渦流。電渦流效應第1頁/共28頁1. 電渦流式傳感器的工作原理 高頻電壓U1施加于傳感器線圈，產生交變電流I1，由于電流的周期性變化，在線圈周圍就產生一個交變磁場H1。 如果在這一交變磁場的有效范圍內，沒有被測金屬物體靠近，則這一磁場能量會全部損失， 當有被測金屬導體靠近這一磁場，則在此金屬導體表面就會產生感應電流I2，該電流在金屬導體內是完全閉合的，稱為電渦流. 由

2、電磁理論可知，金屬板表面感應的電渦流也將產生一由電磁理論可知，金屬板表面感應的電渦流也將產生一個新的磁場個新的磁場 H H2 2，與，與 H H1 1的方向相反，由于磁場的方向相反，由于磁場H H2 2的反作用使通的反作用使通電線圈的電線圈的等效阻抗發(fā)生了變化等效阻抗發(fā)生了變化。第2頁/共28頁2. 電渦流傳感器測量電路 用于電渦流式傳感器的測量電路主要有調頻式、 調幅式測量電路兩種。 （1）調頻式電路 調頻式測量電路 (a) 測量電路框圖； (b) 振蕩電路 頻 率 計f-V電 壓 表振蕩器CLx(a)R1R2C1R3R4C2C3C4R5C6R6C5CL(x)Vcc(b)L1V1V2f第3頁

3、/共28頁 傳感器線圈接入LC振蕩回路，當傳感器與被測導體距離x改變時，在渦流影響下，傳感器的電感變化，將導致振蕩頻率的變化，該變化的頻率是距離x的函數，即f=L(x), 該頻率可由數字頻率計直接測量，或者通過f-V變換，用數字電壓表測量對應的電壓。 振蕩器的頻率為 CxLf)(21為了避免輸出電纜的分布電容的影響，通常將L、C裝在傳感器內。 此時電纜分布電容并聯在大電容C2、C3上，因而對振蕩頻率f的影響將大大減小。 第4頁/共28頁 （2）調幅式電路 由傳感器線圈L、電容器C和石英晶體組成的石英晶體振蕩電路如圖4-29所示。石英晶體振蕩器起恒流源的作用，給諧振回路提供一個頻率（f0）穩(wěn)定的

4、激勵電流io，LC回路輸出電壓 )(ZfiUoo式中, Z為LC回路的阻抗。 放 大檢 波指 示RioLCUo 調幅式測量電路示意圖 第5頁/共28頁 當金屬導體遠離或去掉時，LC并聯諧振回路諧振頻率即為石英振蕩頻率fo，回路呈現的阻抗最大， 諧振回路上的輸出電壓也最大；當金屬導體靠近傳感器線圈時，線圈的等效電感L發(fā)生變化，導致回路失諧，從而使輸出電壓降低，L的數值隨距離x的變化而變化。因此，輸出電壓也隨x而變化。輸出電壓經放大、 檢波后， 由指示儀表直接顯示出x的大小。 除此之外， 交流電橋也是常用的測量電路。 第6頁/共28頁3. 電渦流式傳感器的類型)(5030cmfhr穿透深度 式中,

5、 導體電阻率(cm)； r導體相對磁導率； 交變磁場頻率(Hz)。 渦流的大小與導體電阻率、磁導率、厚度、線圈與導體的距離及線圈的激磁電流頻率等參數有關。磁場變化頻率越高，渦流的集膚效應越顯著，即渦流的穿透深度越小。第7頁/共28頁 根據激勵頻率高低，可以分為高頻反射式和低頻 透射式兩大類。 （1）高頻反射式電渦流傳感器 高頻反射式電渦流式傳感器的結構比較簡單， 主要由一個安裝在框架上的 扁平圓形線圈構成。 1線圈2框架3框架襯套4支架5電纜6插頭第8頁/共28頁 高頻反射式渦流厚度傳感器：還可用于測量金屬板厚度和非金屬板的鍍層厚度。 由于電渦流式傳感器是利用傳感器線圈與被由于電渦流式傳感器是

6、利用傳感器線圈與被測導體之間的電磁耦合進行的，因而作為傳感器測導體之間的電磁耦合進行的，因而作為傳感器的線圈裝置僅僅是的線圈裝置僅僅是“實際傳感器實際傳感器”的一半，而另的一半，而另一一半則是被測導體。所以，被測導體的材料物理性半則是被測導體。所以，被測導體的材料物理性質、尺寸和形狀等都與傳感器的特性密切相關。質、尺寸和形狀等都與傳感器的特性密切相關。第9頁/共28頁 （2）低頻透射式電渦流傳感器 發(fā)射線圈L1和接受線圈L2分別位于被測材料的上 下方。由振蕩器產生的音頻電壓u加到L1的兩端后， 線圈中即流過一個同頻的交變電流，并在其周圍產 生一交變磁場。如果兩線圈間不存在被測材料，L1 的磁場

7、就能直接貫穿L2，則L2的兩端會產生一交變 電勢E。 這種低頻透射式電渦流傳感器多用于測定材料 厚度。第10頁/共28頁測厚的依據測厚的依據: E的大小間接反映了M的厚度t 透射式渦流傳感器原理 線圈感應電勢與厚度關系曲線第11頁/共28頁電渦流探頭電渦流探頭 壓力（液位）變送器 位移振動傳感器 電渦流式傳感器外形第12頁/共28頁電渦流式傳感器結構第13頁/共28頁x, x被 測 參 數變 換 量特 征位移、厚度、振動 （1） 非接觸測量，連續(xù)測量 （2） 受剩磁的影響。表面溫度、電解質濃度材質判別、速度（溫度） （1） 非接觸測量，連續(xù)測量； （2） 對溫度變化進行補償應力、硬度 （1）

8、非接觸測量，連續(xù)測量； （2） 受剩磁和材質影響探傷 可以定量測量第14頁/共28頁（1）位移測量(a) 汽輪機主軸的軸向位移測量示意圖(b) 磨床換向閥、先導閥的位移測量示意圖(c) 金屬試件的熱膨脹系數測量示意圖 第15頁/共28頁(a)汽輪機和空氣壓縮機常用的監(jiān)控主軸的徑向振動的示意圖(b)測量發(fā)動機渦輪葉片的振幅的示意圖(c) 通常使用數個傳感器探頭并排地安置在軸附近（2）振幅測量第16頁/共28頁電渦流式厚度計的測量原理圖 （3）厚度測量第17頁/共28頁 穿透式測厚度，測量帶材厚度； 在被測金屬板的上方設有發(fā)射傳感器線圈，在被測金屬板下方設有接收傳感器線圈，金屬板通過會產生電渦流，

9、金屬板越厚，渦流損失就越大，電壓就越小，監(jiān)測系統(tǒng)可以監(jiān)測到這種電壓信號，就可確定被測金屬板的厚度。第18頁/共28頁60nfN f頻率值(Hz)； n旋轉體的槽(齒)數； N被測軸的轉速(rmin)。 （4）轉速測量第19頁/共28頁電渦流式轉速傳感器 在軟磁材料制成的輸入軸上加工一個或多個鍵 槽或做成齒狀，在距輸入表面d0處安裝一個電渦流 式傳感器，輸入軸與被測旋轉軸相連。 第20頁/共28頁工程應用 轉速測量，對于所有旋轉機械而言，都需要監(jiān)測旋轉機械軸的轉速，轉速是衡量機器正常運轉的一個重要指標。 在旋轉體上開一條槽，旁邊安裝一個電渦流式傳感器，當被測旋轉軸轉動時，傳感器周期地改變與轉軸之

10、間的距離，于是它的輸出也周期性地發(fā)生變化，監(jiān)測系統(tǒng)可以監(jiān)測到這種信號，從而測出轉軸的轉速。第21頁/共28頁 電渦流式傳感器可以用來檢查金屬的表面裂紋、熱 處理裂紋以及用于焊接部位的探傷等。 綜合參數(x, , )的變化將引起傳感器參數的變 化，通過測量傳感器參數的變化即可達到探傷的目的。 在探傷時導體與線圈之間是有著相對運動速度的， 在測量線圈上就會產生調制頻率信號 （5）渦流探傷第22頁/共28頁a)比較淺的裂縫信號比較淺的裂縫信號 b)經過幅值甄別后的信號經過幅值甄別后的信號 在探傷時，重要的是缺陷信號和干擾信號比。在探傷時，重要的是缺陷信號和干擾信號比。為了獲得需要的頻率而采用濾波器，

11、使某一頻率的信號通過，為了獲得需要的頻率而采用濾波器，使某一頻率的信號通過，而將干擾頻率信號衰減。而將干擾頻率信號衰減。 用渦流探傷時的測量信號用渦流探傷時的測量信號第23頁/共28頁表面裂紋測量，進行非接觸探傷。 傳感器與被測導體保持距離不變，探測時如果遇到裂紋，導體電阻率和磁導率就發(fā)生變化，即引起電渦流損耗改變，從而輸出電壓也相應突變。監(jiān)測系統(tǒng)可以監(jiān)測到這種變形信號，就可確定裂紋的存在和方位。第24頁/共28頁零件計數器，金屬零件通過時計數； 當有金屬零件通過時，傳感器檢測到位移發(fā)生了變化，從而輸出電壓也相應突變，監(jiān)測系統(tǒng)可以監(jiān)測到這種信號，進行計數。第25頁/共28頁u 接近開關又稱無觸點接近開關，是理想的電子開關量傳感器。u 當金屬檢測體接近開關的感應區(qū)域，開關就能無接觸，無壓力、無火花、迅速發(fā)出電氣指令，準確反應出運動機構的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調整的方便性和對惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機械式行程開關所不能相比的。u 應用于機床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動控制系統(tǒng)中可作為限位、計數、定位控