第06章 電感式傳感器

1、江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院測量技術基礎測量技術基礎第六章第六章 電感式傳感器電感式傳感器本章內(nèi)容：本章內(nèi)容： 變磁阻式傳感器變磁阻式傳感器 差動變壓器式傳感器差動變壓器式傳感器 電渦流式傳感器電渦流式傳感器江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 定義：是一種利用線圈自感和互感的變化實現(xiàn)定義：是一種利用線圈自感和互感的變化實現(xiàn)非電量電測的裝置。非電量電測的裝置。 感測量：位移、振動、壓力、應變、流量、比感測量：位移、振動、壓力、應變、流量、比重等。重等。電感式傳感器電感式傳感器(根據(jù)結構型式根據(jù)結構型式)氣隙型氣隙型螺管型螺管型面積型面積型電感式傳感器電感式傳感器

2、(根據(jù)轉(zhuǎn)換原理根據(jù)轉(zhuǎn)換原理)自感型自感型變磁阻型變磁阻型渦流式渦流式互感型互感型(差動變壓器型差動變壓器型)測量技術基礎測量技術基礎江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院優(yōu)點：優(yōu)點： 結構簡單、可靠，測量力小結構簡單、可靠，測量力小銜鐵為銜鐵為0.520010-5N時，磁吸力為時，磁吸力為(110)10-5N。 分辨力高分辨力高 機械位移：機械位移：0.1m，甚至更小；角位移：，甚至更?。唤俏灰疲?.1角秒。角秒。輸出信號強，電壓靈敏度可達數(shù)百輸出信號強，電壓靈敏度可達數(shù)百mV/mm 。 重復性好，線性度優(yōu)良重復性好，線性度優(yōu)良 在幾十在幾十m到數(shù)百到數(shù)百mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的

3、的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線性度較好，且比較穩(wěn)定。線性度較好，且比較穩(wěn)定。不足：不足： 存在交流零位信號，不宜于高頻動態(tài)測量。存在交流零位信號，不宜于高頻動態(tài)測量。 測量技術基礎測量技術基礎江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院一、工作原理及輸出特性一、工作原理及輸出特性二、常用典型結構二、常用典型結構三、測量電路三、測量電路 1、交流電橋、交流電橋 2、變壓器式交流電橋、變壓器式交流電橋 3、諧振式測量電路、諧振式測量電路四、變磁阻式傳感器的應用四、變磁阻式傳感器的應用6.1 變磁阻式傳感器變磁阻式傳感器 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院變磁阻式傳感器的基本工作變磁阻

4、式傳感器的基本工作原理演示原理演示氣隙變小，電感變大，電流變小氣隙變小，電感變大，電流變小F F6.1.1 變磁阻式傳感器工作原理變磁阻式傳感器工作原理江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 若線圈匝線為若線圈匝線為N，通入線圈中的電流為，通入線圈中的電流為I ，每匝線，每匝線圈產(chǎn)生的磁通為圈產(chǎn)生的磁通為，由電感的定義有：，由電感的定義有：設磁路總磁阻為設磁路總磁阻為RM ，則磁通可，則磁通可表示為：表示為：以上兩式聯(lián)立得以上兩式聯(lián)立得磁路總磁阻磁路總磁阻RM 可看成是由鐵芯磁阻可看成是由鐵芯磁阻RF 和空氣隙磁阻和空氣隙磁阻R 組成的，即組成的，即6.1.1 變磁阻式傳感器工作原理

5、變磁阻式傳感器工作原理江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院而而一般一般RF R，故，故其中，其中，N線圈的匝數(shù)；線圈的匝數(shù)； A氣隙的截面積；氣隙的截面積； 0 空氣的導磁率；空氣的導磁率； 氣隙的厚度。氣隙的厚度。6.1.1 變磁阻式傳感器工作原理變磁阻式傳感器工作原理江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 設自感傳感器的初始氣隙為設自感傳感器的初始氣隙為0，初始電感量為，初始電感量為L0，銜鐵位移銜鐵位移 引起的氣隙變化為引起的氣隙變化為，可得初始電感量，可得初始電感量為為 當銜鐵下移當銜鐵下移 時，傳感器氣隙增大時，傳感器氣隙增大，電感量，電感量變化為變化為L16.

6、1.2 變磁阻式傳感器輸出特性變磁阻式傳感器輸出特性江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院電感量的相對變化為電感量的相對變化為當當 時，可將上式展開成泰勒級數(shù)形式時，可將上式展開成泰勒級數(shù)形式6.1.2 變磁阻式傳感器輸出特性變磁阻式傳感器輸出特性江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 同理，當銜鐵上移同理，當銜鐵上移 時，電感量變化為時，電感量變化為L2的的泰泰勒級數(shù)形式勒級數(shù)形式忽略二次項以上的高次項，可得忽略二次項以上的高次項，可得傳感器的靈敏度為傳感器的靈敏度為6.1.2 變磁阻式傳感器輸出特性變磁阻式傳感器輸出特性2022AWddLS 靈靈敏敏度度：江蘇科技大學機

7、械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 在實際使用中，常采用兩個相同的傳感線圈共用在實際使用中，常采用兩個相同的傳感線圈共用一個銜鐵，構成差動式自感傳感器，兩個線圈的電氣一個銜鐵，構成差動式自感傳感器，兩個線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸要求完全相同。這種結構除了可以改參數(shù)和幾何尺寸要求完全相同。這種結構除了可以改善線性、提高靈敏度外，對溫度變化、電源頻率變化善線性、提高靈敏度外，對溫度變化、電源頻率變化等的影響也可以進行補償，從而減少了外界影響造成等的影響也可以進行補償，從而減少了外界影響造成的誤差。的誤差。 以變氣隙型差動自感傳感器為例。當磁路總氣隙以變氣隙型差動自感傳感器為例。當磁路總氣隙改變改變

8、時，電感量的相對變化為時，電感量的相對變化為6.1.2 變磁阻式傳感器輸出特性變磁阻式傳感器輸出特性江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院變隙式變隙式 變截面式變截面式 螺線管式螺線管式6.1.2 變磁阻式傳感器輸出特性變磁阻式傳感器輸出特性江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院6.1.2 變磁阻式傳感器輸出特性變磁阻式傳感器輸出特性江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院6.1.2 變磁阻式傳感器輸出特性變磁阻式傳感器輸出特性江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院6.1.2 變磁阻式傳感器輸出特性變磁阻式傳感器輸出特性江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學

9、機械工程學院6.1.2 變磁阻式傳感器輸出特性變磁阻式傳感器輸出特性江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院6.1.2 變磁阻式傳感器輸出特性變磁阻式傳感器輸出特性江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院6.1.2 變磁阻式傳感器輸出特性變磁阻式傳感器輸出特性江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院差動式電感傳感器工作原理及輸出特性差動式電感傳感器工作原理及輸出特性6.1.4 電感式傳感器測量電路電感式傳感器測量電路江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院軸向式電感測微器的內(nèi)部結構軸向式電感測微器的內(nèi)部結構 1引線電纜引線電纜 2固定磁筒固定磁筒 3銜鐵銜鐵 4

10、線圈線圈 5測力彈簧測力彈簧 6防轉(zhuǎn)銷防轉(zhuǎn)銷 7鋼球?qū)к墸ㄖ本€軸承）鋼球?qū)к墸ㄖ本€軸承） 8測桿測桿 9密封套密封套 10測端測端 11被測工件被測工件 12基準面基準面 1、位移測量、位移測量6.1.5 電感式傳感器的應用電感式傳感器的應用江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 1氣缸 2活塞 3推桿 4被測滾柱 5落料管 6電感測微器 7鎢鋼測頭 8限位擋板 9電磁翻板 10容器（料斗）2、電感式滾柱直徑分選裝置、電感式滾柱直徑分選裝置 6.1.5 電感式傳感器的應用電感式傳感器的應用江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院2. 電感式滾柱直徑分選裝置（外形）電感式滾柱直

11、徑分選裝置（外形）滑道滑道分選倉位分選倉位（參考中原量儀股份有限公司資料參考中原量儀股份有限公司資料）6.1.5 電感式傳感器的應用電感式傳感器的應用測微儀測微儀圓柱滾子圓柱滾子江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院1標準靠模樣板標準靠模樣板2測端（靠模輪）測端（靠模輪）3電感測微器電感測微器4銑刀龍門框架銑刀龍門框架5立柱立柱 6伺服電動機伺服電動機 7銑刀銑刀 8毛坯毛坯 3、電感傳感器在仿形機床中的應用、電感傳感器在仿形機床中的應用6.1.5 電感式傳感器的應用電感式傳感器的應用江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院該圓度計采用旁向式電感測微頭4、電感式不圓度計原理電

12、感式不圓度計原理 6.1.5 電感式傳感器的應用電感式傳感器的應用江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院電感式不圓度測量系統(tǒng)外形電感式不圓度測量系統(tǒng)外形（參考洛陽匯智測控技術有限公司資料參考洛陽匯智測控技術有限公司資料）旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)盤測量頭6.1.5 電感式傳感器的應用電感式傳感器的應用江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院不圓度測量打印不圓度測量打印6.1.5 電感式傳感器的應用電感式傳感器的應用江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院1壓力輸入接頭2波紋膜盒3電纜4印制線路板5差動線圈6銜鐵7電源變壓器8罩殼9指示燈10密封隔板11安裝底座5、壓力測量壓力測量6.

13、1.5 電感式傳感器的應用電感式傳感器的應用江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院第六章第六章 電感式傳感器電感式傳感器本章內(nèi)容：本章內(nèi)容： 變磁阻式傳感器變磁阻式傳感器 差動變壓器式傳感器差動變壓器式傳感器 (互感型）互感型） 電渦流式傳感器電渦流式傳感器測量技術基礎測量技術基礎江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院一、工作原理及等效電路一、工作原理及等效電路二、基本特性二、基本特性三、測量電路三、測量電路 1、差動整流電路、差動整流電路 2、相敏檢波電路、相敏檢波電路 3、零點殘余電壓及其補償、零點殘余電壓及其補償四、差動變壓器式傳感器應用四、差動變壓器式傳感器應用6.

14、2 差動變壓器式傳感器差動變壓器式傳感器 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 互感式傳感器的工作原理類似于變壓器的工作原互感式傳感器的工作原理類似于變壓器的工作原理。主要包括有銜鐵、初級繞組、次級繞組和線圈框理。主要包括有銜鐵、初級繞組、次級繞組和線圈框架等。初級繞組、次級繞組的耦合能隨銜鐵的移動而架等。初級繞組、次級繞組的耦合能隨銜鐵的移動而變化，即繞組間的互感隨被測位移的改變而變化。變化，即繞組間的互感隨被測位移的改變而變化。 由于在使用時兩個結構尺寸和參數(shù)完全相同的次由于在使用時兩個結構尺寸和參數(shù)完全相同的次級繞組采用反向串接，以級繞組采用反向串接，以差動方式差動方式輸出，

15、所以又把這輸出，所以又把這種傳感器稱為差動變壓器式電感傳感器，通常簡稱為種傳感器稱為差動變壓器式電感傳感器，通常簡稱為差動變壓器。差動變壓器。 初級繞組作為差動變壓器激勵用，相當于變壓器初級繞組作為差動變壓器激勵用，相當于變壓器的原邊，而次級繞組相當于變壓器的副邊。的原邊，而次級繞組相當于變壓器的副邊。6.2.1 工作原理及等效電路工作原理及等效電路 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院工作原理：互感現(xiàn)象工作原理：互感現(xiàn)象EwEout1-活動銜鐵；活動銜鐵；2-導磁外殼；導磁外殼；3-骨架；骨架；4-匝數(shù)為匝數(shù)為1的初級繞組；的初級繞組；5-匝數(shù)為匝數(shù)為2a的的次級繞組；次級繞組；

16、 6-匝數(shù)為匝數(shù)為2b的次級繞組的次級繞組213456螺線管式差動螺線管式差動變壓器結構變壓器結構6.2.1 工作原理及等效電路工作原理及等效電路 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院差動變壓器等效電路差動變壓器等效電路6.2.1 工作原理及等效電路工作原理及等效電路 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 當差動變壓器的銜鐵處于中間位置時，理想條件當差動變壓器的銜鐵處于中間位置時，理想條件下其輸出電壓為零。但實際上，當使用橋式電路時，下其輸出電壓為零。但實際上，當使用橋式電路時，在零點仍有一個微小的電壓值在零點仍有一個微小的電壓值(從零點幾從零點幾mV到數(shù)十到數(shù)十mV)

17、存在，稱為存在，稱為零點殘余電壓零點殘余電壓。如圖是擴大了的零點殘余。如圖是擴大了的零點殘余電壓的輸出特性。電壓的輸出特性。0e2x-xe20 零點殘余電壓的零點殘余電壓的存在造成零點附近的存在造成零點附近的不靈敏區(qū)；零點殘余不靈敏區(qū)；零點殘余電壓輸入放大器內(nèi)會電壓輸入放大器內(nèi)會使放大器末級趨向飽使放大器末級趨向飽和，影響電路正常工和，影響電路正常工作等。作等。1、零點殘余電壓零點殘余電壓6.2.2 基本特性基本特性 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院1 基波正交分量 2 基波同相分量 3 二次諧波 4 三次諧波 5 電磁干擾ee1e20e2012345(a)殘余電壓的波形 (b

18、)波形分析tt 圖中圖中e1為差動變?yōu)椴顒幼儔浩鞒跫壍募铍妷浩鞒跫壍募铍妷?，壓，e20包含基波同包含基波同相成分、基波正交相成分、基波正交成分，二次及三次成分，二次及三次諧波和幅值較小的諧波和幅值較小的電磁干擾等。電磁干擾等。 1、零點殘余電壓零點殘余電壓6.2.2 基本特性基本特性 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院零點殘余電壓產(chǎn)生原因零點殘余電壓產(chǎn)生原因 a、基波分量、基波分量由于差動變壓器兩個次級繞組由于差動變壓器兩個次級繞組不可能完全一致，因此它的不可能完全一致，因此它的等效電路參數(shù)等效電路參數(shù)（互感（互感M、自感、自感L及損耗電阻及損耗電阻R）不可能相同，從而使兩）

19、不可能相同，從而使兩個次級繞組的感應電勢數(shù)值不等。又因初級線圈個次級繞組的感應電勢數(shù)值不等。又因初級線圈中銅損電阻及導磁材料的鐵損和材質(zhì)的不均勻，中銅損電阻及導磁材料的鐵損和材質(zhì)的不均勻，線圈匝間電容的存在等因素，使激勵電流與所產(chǎn)線圈匝間電容的存在等因素，使激勵電流與所產(chǎn)生的磁通相位不同。生的磁通相位不同。1、零點殘余電壓零點殘余電壓6.2.2 基本特性基本特性 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院零點殘余電壓產(chǎn)生原因零點殘余電壓產(chǎn)生原因 b、高次諧波、高次諧波高次諧波分量主要由導磁材料高次諧波分量主要由導磁材料磁化曲線的磁化曲線的非線性非線性引起。由于磁滯損耗和鐵磁飽引起。由于磁

20、滯損耗和鐵磁飽和的影響，使得激勵電流與磁通波形不一致產(chǎn)生和的影響，使得激勵電流與磁通波形不一致產(chǎn)生了非正弦了非正弦(主要是三次諧波主要是三次諧波)磁通，從而在次級繞磁通，從而在次級繞組感應出非正弦電勢。另外，激勵電流波形失真，組感應出非正弦電勢。另外，激勵電流波形失真，因其內(nèi)含高次諧波分量，這樣也將導致零點殘余因其內(nèi)含高次諧波分量，這樣也將導致零點殘余電壓中有高次諧波成分。電壓中有高次諧波成分。1、零點殘余電壓零點殘余電壓6.2.2 基本特性基本特性 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 a從設計和工藝上保證結構對稱性從設計和工藝上保證結構對稱性 為保證線圈和磁路的對稱性，首先，要

21、求提高為保證線圈和磁路的對稱性，首先，要求提高加工精度，線圈選配成對，采用磁路可調(diào)節(jié)結構。加工精度，線圈選配成對，采用磁路可調(diào)節(jié)結構。其次，應選高磁導率、低矯頑力、低剩磁感應的導其次，應選高磁導率、低矯頑力、低剩磁感應的導磁材料。并應經(jīng)過熱處理，消除殘余應力，以提高磁材料。并應經(jīng)過熱處理，消除殘余應力，以提高磁性能的均勻性和穩(wěn)定性。由高次諧波產(chǎn)生的因素磁性能的均勻性和穩(wěn)定性。由高次諧波產(chǎn)生的因素可知，磁路工作點應選在磁化曲線的線性段?？芍怕饭ぷ鼽c應選在磁化曲線的線性段。消除零點殘余電壓方法消除零點殘余電壓方法1、零點殘余電壓零點殘余電壓6.2.2 基本特性基本特性 江蘇科技大學機械工程學院

22、江蘇科技大學機械工程學院b、選用合適的測量線路、選用合適的測量線路 采用相敏檢波電路不僅采用相敏檢波電路不僅可鑒別銜鐵移動方向，而且可鑒別銜鐵移動方向，而且把銜鐵在中間位置時，因高把銜鐵在中間位置時，因高次諧波引起的零點殘余電壓次諧波引起的零點殘余電壓消除掉。如圖，采用相敏檢消除掉。如圖，采用相敏檢波后銜鐵反行程時的特性曲波后銜鐵反行程時的特性曲線由線由1變到變到2，從而消除了零，從而消除了零點殘余電壓。點殘余電壓。e2+x-x210相敏檢波后的輸出特性相敏檢波后的輸出特性消除零點殘余電壓方法消除零點殘余電壓方法1、零點殘余電壓零點殘余電壓6.2.2 基本特性基本特性 江蘇科技大學機械工程學院

23、江蘇科技大學機械工程學院c采用補償線路采用補償線路(1) 由于兩個次級線圈感應電壓相位不同，并聯(lián)電容可改變其由于兩個次級線圈感應電壓相位不同，并聯(lián)電容可改變其一的相位，也可將電容一的相位，也可將電容C改為電阻，如圖改為電阻，如圖(a)。由于。由于R的分流作的分流作用將使流入傳感器線圈的電流發(fā)生變化，從而改變磁化曲線用將使流入傳感器線圈的電流發(fā)生變化，從而改變磁化曲線的工作點，減小高次諧波所產(chǎn)生的殘余電壓。圖的工作點，減小高次諧波所產(chǎn)生的殘余電壓。圖(b)中串聯(lián)電中串聯(lián)電阻阻R可以調(diào)整次級線圈的電阻分量?？梢哉{(diào)整次級線圈的電阻分量。 e1e2CRe1e2CR(a)(b)調(diào)相位式殘余電壓補償電路調(diào)

24、相位式殘余電壓補償電路6.2.2 基本特性基本特性 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 (2) 并聯(lián)電位器并聯(lián)電位器W用于電氣調(diào)零，改變兩次級線圈輸出電壓用于電氣調(diào)零，改變兩次級線圈輸出電壓的相位，如圖所示。電容的相位，如圖所示。電容C(0.02F)可防止調(diào)整電位器時使零點可防止調(diào)整電位器時使零點移動。移動。 e1e2CR1R2W電位器調(diào)零點殘余電壓補償電路電位器調(diào)零點殘余電壓補償電路c采用補償線路采用補償線路6.2.2 基本特性基本特性 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院(2) (2) 相敏檢波電路相敏檢波電路6.2.3 差動變壓器傳感器測量電路差動變壓器傳感器測

25、量電路江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院(b) 差動變壓器激磁電壓波形差動變壓器激磁電壓波形(d) 相敏檢波解調(diào)電壓波形相敏檢波解調(diào)電壓波形(c) 差動變壓器輸出電壓波形差動變壓器輸出電壓波形(e) 相敏檢波輸出電壓波形相敏檢波輸出電壓波形被測位移變化波形圖被測位移變化波形圖(2) 相敏檢波電路相敏檢波電路6.2.3 差動變壓器傳感器測量電路差動變壓器傳感器測量電路江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院案例案例1：板的厚度測量：板的厚度測量6.2.4 差動變壓器傳感器應用差動變壓器傳感器應用江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院第六章第六章 電感式傳感器電感式

26、傳感器 變磁阻式傳感器變磁阻式傳感器 差動變壓器式傳感器差動變壓器式傳感器 電渦流式傳感器電渦流式傳感器本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：測量技術基礎測量技術基礎江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院一、工作原理一、工作原理二、基本特性二、基本特性三、電渦流形成范圍三、電渦流形成范圍 1、電渦流徑向形成范圍、電渦流徑向形成范圍 2、電渦流強度與距離的關系、電渦流強度與距離的關系 3、電渦流的軸向貫穿深度、電渦流的軸向貫穿深度四、電渦流式傳感器的應用四、電渦流式傳感器的應用6.3 電渦流式傳感器電渦流式傳感器 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院電渦流效應演示電渦流效應演示 當電渦流線圈

27、與金當電渦流線圈與金屬板的距離屬板的距離x減小時，減小時，電渦流線圈的等效電感電渦流線圈的等效電感L減小，流過電渦流線減小，流過電渦流線圈的電流圈的電流 i1 增大。增大。 6.3.1 電渦流式傳感器工作原理電渦流式傳感器工作原理 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院干凈、高效的電磁爐干凈、高效的電磁爐6.3.1 電渦流式傳感器工作原理電渦流式傳感器工作原理 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院集膚效應集膚效應 集膚效應與激勵源頻率集膚效應與激勵源頻率f、工件的電導率工件的電導率 、磁導率、磁導率 等有等有關。頻率關。頻率f越高，電渦流滲透的越高，電渦流滲透的深度就越淺

28、，集膚效應越嚴重。深度就越淺，集膚效應越嚴重。 當高頻（當高頻（100kHz左右）信號源產(chǎn)生的高頻電壓施加到一個左右）信號源產(chǎn)生的高頻電壓施加到一個靠近金屬導體附近的電感線圈靠近金屬導體附近的電感線圈L1時，將產(chǎn)生高頻磁場時，將產(chǎn)生高頻磁場H1。如被。如被測導體置于該交變磁場范圍之內(nèi)時，被測導體就產(chǎn)生電渦流測導體置于該交變磁場范圍之內(nèi)時，被測導體就產(chǎn)生電渦流i2。i2在金屬導體的縱深方向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導在金屬導體的縱深方向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導體的表面，這稱為集膚效應（也稱趨膚效應）體的表面，這稱為集膚效應（也稱趨膚效應）。 6.3.1 電渦流式傳感器工作原理電渦

29、流式傳感器工作原理 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院等效阻抗分析等效阻抗分析 檢測深度與激勵源頻率有何關系？檢測深度與激勵源頻率有何關系？ 電渦流線圈受電渦流影響時的等效阻抗電渦流線圈受電渦流影響時的等效阻抗Z為：為： 如果控制上式中的如果控制上式中的i1、f、 、 、r不變，電渦流線不變，電渦流線圈的阻抗圈的阻抗Z就成為哪個非電量的單值函數(shù)？屬于就成為哪個非電量的單值函數(shù)？屬于接觸式測量還是非接觸式測量？接觸式測量還是非接觸式測量？ ),(xrfifLjRZ6.3.1 電渦流式傳感器工作原理電渦流式傳感器工作原理 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院等效阻抗與非電

30、量的測量等效阻抗與非電量的測量 檢測深度的控制：檢測深度的控制：由于存在集膚效應，電渦流只由于存在集膚效應，電渦流只能檢測導體表面的各種物理參數(shù)。改變激勵源頻率能檢測導體表面的各種物理參數(shù)。改變激勵源頻率 ，可控制檢測深度。可控制檢測深度。 多種用途：多種用途：可以用來檢測與表面電導率可以用來檢測與表面電導率 有關的表有關的表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來檢測與材料磁導面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來檢測與材料磁導率率 有關的材料型號、表面硬度等參數(shù)。有關的材料型號、表面硬度等參數(shù)。 6.3.1 電渦流式傳感器工作原理電渦流式傳感器工作原理 間距間距x的測量：的測量：如果固定其他因素不變，僅

31、改變?nèi)绻潭ㄆ渌蛩夭蛔儯瑑H改變間距間距x，電渦流線圈的阻抗電渦流線圈的阻抗Z就成為間距就成為間距x的單值函數(shù)，的單值函數(shù)，可用于非接觸測量距離或位移?？捎糜诜墙佑|測量距離或位移。江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院6.3.1 電渦流式傳感器工作原理電渦流式傳感器工作原理 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院電磁爐的工作原理電磁爐的工作原理 高頻電流通過勵磁線圈，產(chǎn)生交變磁場，在鐵質(zhì)鍋高頻電流通過勵磁線圈，產(chǎn)生交變磁場，在鐵質(zhì)鍋底會產(chǎn)生無數(shù)的電渦流使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)的底會產(chǎn)生無數(shù)的電渦流使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)的食物。食物。6.3.1 電渦流式傳感器工作原理電渦流

32、式傳感器工作原理 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院電渦流傳感器簡化模型電渦流傳感器簡化模型1 傳感器線圈傳感器線圈2 短路環(huán)短路環(huán)3 被測金屬導體被測金屬導體6.3.2 電渦流式傳感器基本特性電渦流式傳感器基本特性 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院電渦流傳感器等效電路電渦流傳感器等效電路6.3.2 電渦流式傳感器基本特性電渦流式傳感器基本特性 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 1 1、電渦流徑向形成范圍、電渦流徑向形成范圍6.3.2 電渦流式傳感器基本特性電渦流式傳感器基本特性 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院電渦流強度與距離歸一

33、化曲線電渦流強度與距離歸一化曲線 2 2、電渦流強度與距離的關系、電渦流強度與距離的關系6.3.2 電渦流式傳感器基本特性電渦流式傳感器基本特性 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院電渦流密度軸向分布曲線電渦流密度軸向分布曲線 3 3、電渦流的軸向貫穿深度、電渦流的軸向貫穿深度6.3.2 電渦流式傳感器基本特性電渦流式傳感器基本特性 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院位移測量包含：位移測量包含： 偏心、間隙、位置、偏心、間隙、位置、傾斜、彎曲、變形、移傾斜、彎曲、變形、移動、圓度、沖擊、偏心動、圓度、沖擊、偏心率、沖程、寬度等等。率、沖程、寬度等等。來自不同應用領域的

34、許來自不同應用領域的許多量都可歸結為位移或多量都可歸結為位移或間隙變化。間隙變化。數(shù)顯數(shù)顯位移測量儀及探頭位移測量儀及探頭 1、位移測量、位移測量 6.3.3 電渦流傳感器的應用電渦流傳感器的應用 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院6.3.3 電渦流傳感器的應用電渦流傳感器的應用 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院V系列電渦流位移傳感器性能一覽表系列電渦流位移傳感器性能一覽表6.3.3 電渦流傳感器的應用電渦流傳感器的應用 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院電渦流位移傳感器的距離電渦流位移傳感器的距離與輸出電壓特性曲線與輸出電壓特性曲線6.3.3 電渦

35、流傳感器的應用電渦流傳感器的應用 某渦流傳感器的輸入（某渦流傳感器的輸入（mmmm）輸出（）輸出（V V）特性曲線）特性曲線江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院偏心和振動檢測偏心和振動檢測6.3.3 電渦流傳感器的應用電渦流傳感器的應用 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院6.3.3 電渦流傳感器的應用電渦流傳感器的應用 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院軸的徑向振動測量軸的徑向振動測量6.3.3 電渦流傳感器的應用電渦流傳感器的應用 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院測量金屬薄膜測量金屬薄膜測量冷軋板厚度測量冷軋板厚度6.3.3 電渦流傳感器的應用電渦流傳感器的應用 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院高頻反射式渦流測厚儀測試系統(tǒng)圖高