電渦流傳感器開放性實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心開放性實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：電渦流傳感器綜合測(cè)試實(shí)驗(yàn) 學(xué)生姓名汪萬興學(xué) 號(hào)201120070418專業(yè)班級(jí)機(jī)自1103 指導(dǎo)教師鄭潔老師 完成時(shí)間2015.03.06 8機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 開放性實(shí)驗(yàn)報(bào)告目 錄1 實(shí)驗(yàn)說明11.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.1.1 實(shí)驗(yàn)原理21.1.2 專業(yè)知識(shí)21.1.3 實(shí)踐能力31.2 實(shí)驗(yàn)要求31.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備31.3.1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所31.3.2 實(shí)驗(yàn)儀器32 實(shí)驗(yàn)過程32.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)介紹32.1.2 電路原理42.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟52.2.1 電渦流動(dòng)傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)5 2.2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理73 總結(jié)91 實(shí)驗(yàn)說明1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解電

2、渦流傳感器測(cè)量位移的工作原理和特性2了解不同的被測(cè)體材料對(duì)電渦流傳感器性能的影響。3了解電渦流傳感器在實(shí)際應(yīng)用中其位移特性與被測(cè)體的形狀和尺寸有關(guān)。1.1.1 實(shí)驗(yàn)原理通過交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬體處在交變磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，金屬體內(nèi)產(chǎn)生電流，該電流在金屬體內(nèi)自行閉合，并呈旋渦狀，故稱為渦流。渦流的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、線圈激磁電流頻率及線圈與金屬體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場(chǎng)能量，從而改變激磁線圈阻抗，渦流傳感器就是基于這種渦流效應(yīng)制成的。電渦流傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成，當(dāng)線圈中通以 高頻交變電流后，在與其平行的金屬片上會(huì)感應(yīng)

3、產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z，而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離X有關(guān)，當(dāng)平面線圈、被測(cè)體(渦流片)、激勵(lì)源確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與距離X有關(guān)，將阻抗變化轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數(shù)。1.1.2 專業(yè)知識(shí) （1）電渦流動(dòng)傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)基本原理通過高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)有導(dǎo)電體接近時(shí)，因?qū)щ婓w渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損耗，而渦流損耗與導(dǎo)電體離線圈的距離有關(guān)，因此可以進(jìn)行位移測(cè)量。 （2）被測(cè)體材質(zhì)對(duì)電渦流傳感器特性影響實(shí)驗(yàn)基本原理渦流效應(yīng)與金屬導(dǎo)體本身的電阻率和磁導(dǎo)率有關(guān)，因此不同的材料就會(huì)有不同的性能。（3）被測(cè)體

4、面積大小對(duì)電渦流傳感器的特性影響實(shí)驗(yàn)基本原理本綜合性實(shí)驗(yàn)原理的電渦流傳感器在實(shí)際應(yīng)用中，由于被測(cè)體的形狀，大小不同會(huì)導(dǎo)致被測(cè)體上渦流效應(yīng)的不充分，會(huì)減弱甚至不產(chǎn)生渦流效應(yīng)，因此影響電渦流傳感器的靜態(tài)特性，所以在實(shí)際測(cè)量中，往往必須針對(duì)具體的被測(cè)體進(jìn)行靜態(tài)特性標(biāo)定。1.1.3 實(shí)踐能力進(jìn)一步提高本科生的實(shí)踐能力。1.2 實(shí)驗(yàn)要求（1）在實(shí)驗(yàn)前務(wù)必詳細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指南。（2）嚴(yán)禁用酒精、有機(jī)溶劑或其它具有腐蝕性溶液擦洗主機(jī)箱的面板和實(shí)驗(yàn)?zāi)?板面板。（3）請(qǐng)勿將主機(jī)箱的電源、信號(hào)源輸出端與地（）短接，因短接時(shí)間長(zhǎng)易造成電路故障。（4）請(qǐng)勿將主機(jī)箱的±電源引入實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍟r(shí)接錯(cuò)。（5）在更換接線時(shí)，

5、應(yīng)斷開電源，只有在確保接線無誤后方可接通電源。（6）實(shí)驗(yàn)完畢后，請(qǐng)將傳感器及實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸呕卦?。?）如果實(shí)驗(yàn)臺(tái)長(zhǎng)期未通電使用，在實(shí)驗(yàn)前先通電十分鐘預(yù)熱，再檢查按一次漏電保護(hù)按鈕是否有效。（8）實(shí)驗(yàn)接線時(shí)，要握住手柄插拔實(shí)驗(yàn)線，不能拉扯實(shí)驗(yàn)線。1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.3.1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所致知303教室1.3.2 實(shí)驗(yàn)儀器電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、電渦流傳感器、直流電源、數(shù)顯單元、測(cè)微頭、鐵圓片、銅和鋁的被測(cè)體圓盤、直流源、電渦流傳感器、測(cè)微頭、電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒉煌螤钿X被測(cè)體二個(gè)、數(shù)顯單元。2 實(shí)驗(yàn)過程2.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)介紹2.1.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成CSY2000系列傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)由主機(jī)箱、溫度源、

6、轉(zhuǎn)動(dòng)源、振動(dòng)源、傳感器、相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?shù)據(jù)采集卡及處理軟件、實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌等組成。（1）主機(jī)箱：提供高穩(wěn)定的±15V、±5V、5V、±2V±10V（步進(jìn)可調(diào)）、2V24V（連續(xù)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源；音頻信號(hào)源（音頻振蕩器）1KHz10KHz（連續(xù)可調(diào)）；低頻信號(hào)源（低頻振蕩器）1Hz30Hz（連續(xù)可調(diào)）；氣壓源020KPa（可調(diào)）；溫度（轉(zhuǎn)速）智能調(diào)節(jié)儀；計(jì)算機(jī)通信口；主機(jī)箱面板上裝有電壓、頻率轉(zhuǎn)速、氣壓、計(jì)時(shí)器數(shù)顯表；漏電保護(hù)開關(guān)等。其中，直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、低頻振蕩器都具有過載切斷保護(hù)功能，在排除接線錯(cuò)誤后重新開機(jī)恢復(fù)正常工作。（2）振動(dòng)源：振動(dòng)臺(tái)振

7、動(dòng)頻率1Hz30Hz可調(diào)（諧振頻率9Hz左右）。 轉(zhuǎn)動(dòng)源：手動(dòng)控制02400轉(zhuǎn)分；自動(dòng)控制3002400轉(zhuǎn)分。 溫度源：常溫180。（3）傳感器：基本型有電阻應(yīng)變式傳感器、擴(kuò)散硅壓力傳感器、差動(dòng)變壓器、電容式位移傳感器、霍爾式位移傳感器、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器、磁電轉(zhuǎn)速傳感器、壓電式傳感器、電渦流傳感器、光纖傳感器、光電轉(zhuǎn)速傳感器（光電斷續(xù)器）、集成溫度(AD590)傳感器、K型熱電偶、E型熱電偶、Pt100鉑電阻、Cu50銅電阻、濕敏傳感器、氣敏傳感器共十八個(gè)。 增強(qiáng)型：基本型基礎(chǔ)上可選配扭矩傳感器、超聲位移傳感器、PSD位置傳感器、CCD電荷耦合器件、光柵位移傳感器、紅外熱釋電傳感器、紅外夜視傳

8、感器、指紋傳感器等。（4）實(shí)驗(yàn)?zāi)０澹夯拘陀袘?yīng)變式、壓力、差動(dòng)變壓器、電容式、霍爾式、壓電式、電渦流、光纖位移、溫度、移相相敏檢波低通濾波共十塊模板。增強(qiáng)型增加與選配傳感器配套的實(shí)驗(yàn)?zāi)０?。?）數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件，另附。（6）實(shí)驗(yàn)臺(tái)：尺寸為1600×800×750mm，實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌上預(yù)留了計(jì)算機(jī)及示波器安放位置。 2.1.2 電路原理 實(shí)驗(yàn)?zāi)０咫娐吩硪延∷⒃谀０宓拿姘迳?，實(shí)驗(yàn)接線圖參見文中的具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。2.1.3 使用方法（1）開機(jī)前將電壓表顯示選擇旋鈕打到2V檔；電流表顯示選擇旋鈕打到200mA檔；步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源旋鈕打到±2V檔；其余旋鈕都打到中間位置

9、。（2）將AC220V電源線插頭插入市電插座中，合上電源開關(guān)，數(shù)顯表顯示0000，表示實(shí)驗(yàn)臺(tái)已接通電源。（3）做每個(gè)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先閱讀實(shí)驗(yàn)指南，每個(gè)實(shí)驗(yàn)均應(yīng)在斷開電源的狀態(tài)下按實(shí)驗(yàn)線路接好連接線（實(shí)驗(yàn)中用到可調(diào)直流電源時(shí)，應(yīng)在該電源調(diào)到實(shí)驗(yàn)值后再接到實(shí)驗(yàn)線路中），檢查無誤后方可接通電源。（4）合上調(diào)節(jié)儀（溫度開關(guān)）電源開關(guān)，調(diào)節(jié)儀的PV顯示測(cè)量值；SV顯示設(shè)定值。（5）合上氣源開關(guān)，氣泵有聲響，說明氣泵工作正常。（6）數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件使用方法另附說明。2.1.4儀器維護(hù)及故障排除（1）維護(hù)1）防止硬物撞擊、劃傷實(shí)驗(yàn)臺(tái)面；防止傳感器及實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓涞孛妗?）實(shí)驗(yàn)完畢要將傳感器、配件、實(shí)驗(yàn)?zāi)０寮斑B線

10、全部整理好。（2）故障排除1）開機(jī)后數(shù)顯表都無顯示，應(yīng)查AC220V電源有否接通；主機(jī)箱側(cè)面AC220V 插座中的保險(xiǎn)絲是否燒斷。如都正常，則更換主機(jī)箱中主機(jī)電源。2）轉(zhuǎn)動(dòng)源不工作，則手動(dòng)輸入12V電壓，如不工作，更換轉(zhuǎn)動(dòng)源；如工作正常，應(yīng)查調(diào)節(jié)儀設(shè)置是否準(zhǔn)確；控制輸出Vo有無電壓，如無電壓，更換主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速控制板。3）振動(dòng)源不工作，檢查主機(jī)箱面板上的低頻振蕩器有無輸出，如無輸出，更換信號(hào)板；如有輸出，更換振動(dòng)源的振蕩線圈。 4）溫度源不工作，檢查溫度源電源開關(guān)有否打開；溫度源的保險(xiǎn)絲是否燒斷；調(diào)節(jié)儀設(shè)置是否準(zhǔn)確。如都正常，則更換溫度源。2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟2.2.1 電渦流動(dòng)傳感器的位移

11、特性實(shí)驗(yàn)（1）基本原理通過高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)有導(dǎo)電體接近時(shí)，因?qū)щ婓w渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損耗，而渦流損耗與導(dǎo)電體離線圈的距離有關(guān)，因此可以進(jìn)行位移測(cè)量。（2）實(shí)驗(yàn)步驟：1）根據(jù)圖21-1安裝電渦流傳感器。圖21-1電渦流傳感器安裝示意圖圖212電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖2）觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)平繞線圈。3）將電渦流傳感器輸出線接入實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蠘?biāo)有L的兩端插孔中，作為振蕩器的一個(gè)元件。4）在測(cè)微頭端部裝上鐵質(zhì)金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測(cè)體。5）將實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆薞o與數(shù)顯單元輸入端Vi相接。數(shù)顯表量程切換開關(guān)選擇電壓20V檔。6）用連結(jié)導(dǎo)線從主控臺(tái)接入15V直流電源接到模板上標(biāo)有15V的

12、插孔中。7）使測(cè)微頭與傳感器線圈端部接觸，開啟主控箱電源開關(guān)，記下數(shù)顯表讀數(shù)，然后每隔0.2mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將結(jié)果列入表21-1表21-1電渦流傳感器位移X與輸出電壓數(shù)據(jù)X（mm）00.20.40.60.81.01.21.41.61.8V(v)00.761.131.732.002.262.522.753.003.44X(mm)2.02.22.42.62.83.03.2V(v)3.643.844.034.24.364.514.66 2.2.2 被測(cè)體材質(zhì)對(duì)電渦流傳感器特性影響實(shí)驗(yàn)（1）基本原理渦流效應(yīng)與金屬導(dǎo)體本身的電阻率和磁導(dǎo)率有關(guān)，因此不同的材料就會(huì)有不同的性能。（2）實(shí)

13、驗(yàn)步驟1）傳感器安裝與實(shí)驗(yàn)1相同。2）將原鐵圓片換成鋁和銅圓片。3）重復(fù)實(shí)驗(yàn)1步驟，進(jìn)行被測(cè)體為鋁圓片和銅圓片時(shí)的位移特性測(cè)試，分別記入表21-2和表21-3。表21-2被測(cè)體為鋁圓片時(shí)的位移為輸出電壓數(shù)據(jù)X（mm）00.20.40.60.81.01.21.41.61.8V(v)1.261.271.491.952.453.183.654.114.494.88X（mm）2.02.22.42.62.8V(v)5.255.575.876.306.40表21-3被測(cè)體為銅圓片時(shí)的位移與輸出電在數(shù)據(jù)X（mm）00.20.40.60.81.01.21.41.61.8V(v)0.91.181.632.072

14、.512.973.373.834.234.60X(mm)2.02.22.42.6V(v)4.965.285.585.872.2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理電渦流傳感器在距離較小時(shí)線性度較差，只有在距離大到一定程度時(shí)，傳感器才有較好的線性度。（1） 被測(cè)體為鐵圓片時(shí) （2） 被測(cè)體為童圓片時(shí) （3） 被測(cè)體為鋁圓片時(shí)3 總結(jié)實(shí)驗(yàn)總結(jié)：1. 在實(shí)驗(yàn)之前，得有明確的思路，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)必須得整理好，為后面的實(shí)驗(yàn)很好地展示打下良好的基礎(chǔ)。 2. 必須對(duì)電渦流傳感器有一定的了解和實(shí)驗(yàn)操作能力，這樣能夠更快更順利的實(shí)現(xiàn)想要的效果。 3. 在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)該多與同學(xué)老師交流，有時(shí)候在交流過程中能夠 激發(fā)自己的靈感，有的技術(shù)問題也可以共同探索。 提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，經(jīng)過一段