電渦流式傳感器

1、本次課的內(nèi)容(nirng)1、電渦流效應(yīng)。2、電渦流傳感器的特點(diǎn)。3、了解電渦流傳感器的應(yīng)用。共四十二頁3.4 電渦流(wli)式傳感器 當(dāng)導(dǎo)體置于交變磁場或在固定磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)引起感應(yīng)電流，此電流在導(dǎo)體內(nèi)閉合,稱為(chn wi)渦流。上一頁下一頁返 回穿透深度 式中, 導(dǎo)體電阻率(cm)； r導(dǎo)體相對(duì)磁導(dǎo)率； 交變磁場頻率(Hz)。共四十二頁電渦流(wli)式傳感器3.4.1 高頻(o pn)反射式渦流傳感器3.4.2 低頻透射式渦流傳感器3.4.3 渦流式傳感器的應(yīng)用上一頁下一頁返 回共四十二頁3.4.1 高頻(o pn)反射式渦流傳感器1. 基本原理 2等效電路3. 傳感器的結(jié)構(gòu)

2、 4. 測量(cling)電路 上一頁下一頁返 回共四十二頁由法拉第電磁感應(yīng)原理可知：一個(gè)塊狀金屬導(dǎo) 體置于變化的磁場中或在磁場中作用切割磁力 線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一圈圈閉和的電流， 這種電流叫電渦流，這種現(xiàn)象叫做電渦流效應(yīng)。 根據(jù)電渦流效應(yīng)制作的傳感器稱電渦流傳感器; 電渦流傳感器能夠?qū)Ρ粶y量進(jìn)行非接觸(jich)測量; 形成電渦流必須具備兩個(gè)條件： 存在交變磁場 導(dǎo)電體處于交變磁場中共四十二頁1. 基本原理 線圈置于金屬導(dǎo)體附近： 線圈中通以高頻信號(hào) i1 正弦交變磁場 H1 金屬導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生渦流(wli) 渦流產(chǎn)生電磁場 反作用于線圈 ,改變了電感 電感(din n)變化程度取于線

3、圈L的外形尺寸，線圈L至金屬板之間的距離，金屬板材料的電阻率和磁導(dǎo)率 以及的頻率等 上一頁下一頁返 回共四十二頁電渦流式傳感工作(gngzu)原理 把一個(gè)扁平線圈置于金屬導(dǎo)體(dot)附近，當(dāng)線圈中通以交變電流I1時(shí)，線圈周圍空間產(chǎn)生交變磁場H1，當(dāng)金屬導(dǎo)體靠近交變磁場中時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生渦流I2，這個(gè)渦流同樣產(chǎn)生反抗H1的交變磁場H2 。電感式傳感器共四十二頁電渦流(wli)式傳感等效電路分析 根據(jù)渦流的分布(fnb)，可以把渦流所在范圍近似看成一個(gè)單匝短路次級(jí)線圈。當(dāng)線圈靠近金屬導(dǎo)體時(shí)，次級(jí)線圈通過互感 M 對(duì)初級(jí)作用。 電感式傳感器等效電路的兩個(gè)回路方程（基爾霍夫第二定律）：共四十二頁

4、電渦流(wli)式傳感等效電路分析等效電感為： 電感式傳感器解方程得到傳感器的等效阻抗等效電阻為：共四十二頁電渦流(wli)式傳感等效電路分析結(jié)論： 凡是能引起 R2 L2 M變化 的物理量均可以引起傳 感器線圈R1 、L1的變化。 被測體（金屬）的 電阻率導(dǎo)磁率厚度d， 線圈與被測體間的距離X， 激勵(lì)線圈的角頻率等 都通過渦流效應(yīng)(xioyng)和磁效 應(yīng)與線圈阻抗Z發(fā)生關(guān)系 電感式傳感器R2L2M L1 R1Xd電渦流演示（互感）共四十二頁電渦流(wli)式傳感等效電路分析結(jié)論： 、d、X、的變化使R1、L1發(fā)生變化， 若控制某些參數(shù)不變，只改變(gibin)其中一個(gè)參數(shù)， 可使阻抗 Z

5、成為這個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)。 電感式傳感器 等效阻抗與這些參數(shù)有函數(shù)關(guān)系： 共四十二頁2 等效電路電感LE表示金屬板對(duì)渦流呈現(xiàn)的電感效應(yīng)電阻(dinz)RE表示在金屬板上的渦流損耗互感系數(shù)M表示LE與原線圈L之間的相互作用R為原線圈L的損耗電阻C為線圈與裝置的分布電容 上一頁下一頁返 回共四十二頁 考慮到渦流的反射作用(zuyng)，L兩端的阻抗ZL可用下式表示 式中,信號(hào)源的角頻率； K耦合系數(shù)(xsh)， K2=M2(LLE)。 上一頁下一頁返 回共四十二頁頻率（MHZ）感抗電阻RE 10.10.0020.02101.00.00630.06310010.00.020.2表3.4.1 不同頻率時(shí)

6、的感抗分量(fn ling)與電阻分量(fn ling)計(jì)算鄰近(ln jn)高頻線圈的金屬板呈現(xiàn)的電感效應(yīng)與渦流損耗之間的數(shù)量關(guān)系可以進(jìn)行估計(jì)。 金屬板對(duì)渦流呈現(xiàn)的電感效應(yīng)可以用許多大小不同的電感線圈按一定方式結(jié)合起來的總效應(yīng)來等效。 上一頁下一頁返 回共四十二頁由于RLB則式(3.4.1)可以(ky)簡化為ZL的虛部與金屬板的電阻率無關(guān)，而僅與耦合系數(shù)(xsh)K有關(guān)，即僅與線圈至金屬板之間的距離有關(guān) 在實(shí)際條件下，即K1，并有RLB可以認(rèn)為式(3.4.2)在特定條件下(測量信號(hào)頻率較高，金屬板電阻率較小且變化范圍不大)存在著以下的關(guān)系上一頁下一頁返 回共四十二頁3. 傳感器的結(jié)構(gòu)(jig

7、u) 線圈 框架 3框架襯套4 支架(zhji) 5電纜 6插頭上一頁下一頁返 回共四十二頁4. 測量(cling)電路 定頻測距電路(dinl)調(diào)頻測距電路上一頁下一頁返 回共四十二頁定頻測距電路(dinl) 將Lx的關(guān)系(gun x)轉(zhuǎn)換成Ux。的關(guān)系。通過檢波電壓U的測量，就可以確定距離x的大小。這里Ux，曲線與金屬板電阻率的變化無關(guān)。 上一頁下一頁返 回共四十二頁若去掉金屬板，則L=L(即x趨于時(shí)的L值)。如果在保持幅值不變的情況(qngkung)下，改變正弦振蕩器的頻率，則可以得到U曲線，即傳感器回路的并聯(lián)諧振曲線 諧振(xizhn)頻率為 上一頁下一頁返 回共四十二頁有金屬板時(shí)，設(shè)

8、振蕩器的頻率(pnl)為f0。若改變金屬板與傳感器之間的距離x，則Ux曲線 當(dāng)x足夠大時(shí)(此時(shí)(c sh)L=L，U=U)，回路處于并聯(lián)諧振狀態(tài)。 上一頁下一頁返 回共四十二頁調(diào)頻(dio pn)測距電路 當(dāng)傳感器線圈與被測物體間的距離x變化時(shí)，引起線圈的電感(din n)量L發(fā)生變化，從而使振蕩器的頻率改變，然后通過鑒頻器將頻率變化再變成電壓輸出。上一頁下一頁返 回共四十二頁調(diào)頻(dio pn)式測量電路圖 電容(dinrng)三點(diǎn)式振蕩器射極輸出器 上一頁下一頁返 回共四十二頁傳感器輸出(shch)電纜的分布電容的影響不能忽視的。 鋼板(gngbn) 銅板上一頁下一頁返 回共四十二頁3.4

9、.2 低頻透射(tu sh)式渦流傳感器 透射(tu sh)式渦流傳感器原理 線圈感應(yīng)電勢與厚度關(guān)系曲線測厚的依據(jù): E的大小間接反映了M的厚度t上一頁下一頁返 回共四十二頁當(dāng)選用不同(b tn)的測試頻率時(shí)，滲透深度Q滲的值是不同的，從而使Et曲線的形狀發(fā)生變化。 在t較小的情況下，Q小曲線(qxin)的斜率大于Q大曲線的斜率；而在t較大的情況下，Q大曲線的斜率大于Q小曲線的斜率。 測量薄板時(shí)應(yīng)選較高的頻率，測量厚材時(shí)應(yīng)選較低的頻率。上一頁下一頁返 回共四十二頁測試頻率與材料(cilio)關(guān)系對(duì)于一定的測試頻率，當(dāng)被測材料的電阻率不同時(shí)，滲透深度Q滲的值也不相同，于是又引起Et曲線形狀的變化

10、，為使測量不同的材料時(shí)所得到的曲線形狀相近，就需在變動(dòng)時(shí)保持Q不變，這時(shí)應(yīng)該相應(yīng)地改變f。測較小的材料(如紫銅)時(shí)，選用(xunyng)較低的 (500Hz)而測較大的材料(如黃銅、鋁)時(shí)，則選用(xunyng)較高的 (2KHz)，從而保證傳感器在測量不同材料時(shí)的線性度和靈敏度。上一頁下一頁返 回共四十二頁3.4.3 渦流(wli)式傳感器的應(yīng)用被 測 參 數(shù)變 換 量特 征位移、厚度、振動(dòng) （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(zhì)濃度材質(zhì)判別、速度（溫度） （1） 非接觸測量，連續(xù)測量； （2） 對(duì)溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償應(yīng)力、硬度 （1） 非接觸測量，連續(xù)測量； （2

11、） 受剩磁和材質(zhì)影響探傷 可以定量測量上一頁下一頁返 回共四十二頁1位移(wiy)測量(a) 汽輪機(jī)主軸(zhzhu)的軸向位移測量示意圖(b) 磨床換向閥、先導(dǎo)閥的位移測量示意圖(c) 金屬試件的熱膨脹系數(shù)測量示意圖 上一頁下一頁返 回共四十二頁2 振幅(zhnf)測量(a)汽輪機(jī)和空氣壓縮機(jī)常用的監(jiān)控(jin kn)主軸的徑向振動(dòng)的示意圖(b)測量發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的振幅的示意圖(c) 通常使用數(shù)個(gè)傳感器探頭并排地安置在軸附近上一頁下一頁返 回共四十二頁3厚度(hud)測量 電渦流式厚度(hud)計(jì)的測量原理圖 上一頁下一頁返 回共四十二頁4轉(zhuǎn)速(zhun s)測量 f頻率(pnl)值(Hz)

12、； n旋轉(zhuǎn)體的槽(齒)數(shù)； N被測軸的轉(zhuǎn)速(rmin)。 上一頁下一頁返 回共四十二頁5. 渦流(wli)探傷 可以用來檢查金屬的表面裂紋、熱處理裂紋以及用于焊接(hnji)部位的探傷等。 綜合參數(shù)(x, , )的變化將引起傳感器參數(shù)的變化，通過測量傳感器參數(shù)的變化即可達(dá)到探傷的目的。 在探傷時(shí)導(dǎo)體與線圈之間是有著相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的，在測量線圈上就會(huì)產(chǎn)生調(diào)制頻率信號(hào) 上一頁下一頁返 回共四十二頁a)比較淺的裂縫信號(hào)(xnho) b)經(jīng)過幅值甄別后的信號(hào)(xnho) 在探傷時(shí)，重要的是缺陷信號(hào)和干擾信號(hào)比。為了(wi le)獲得需要的頻率而采用濾波器，使某一頻率的信號(hào)通過，而將干擾頻率信號(hào)衰減。 上

13、一頁返 回用渦流探傷時(shí)的測量信號(hào)共四十二頁電渦流(wli)式傳感電渦流傳感器的應(yīng)用電渦流傳感器電感式傳感器共四十二頁電渦流(wli)式傳感電渦流傳感器的應(yīng)用 低頻透射(tu sh)式渦流厚度傳感器 電感式傳感器共四十二頁電渦流(wli)式傳感電渦流傳感器的應(yīng)用 高頻反射式渦流厚度傳感器 電感式傳感器共四十二頁電渦流(wli)式傳感電渦流傳感器的應(yīng)用 電渦流金屬板、帶材厚度測量電感式傳感器共四十二頁電渦流(wli)式傳感電渦流傳感器的應(yīng)用 渦流非導(dǎo)電材料厚度測量 渦流軸心軌跡測量電感式傳感器共四十二頁電渦流(wli)式傳感電渦流傳感器的應(yīng)用 渦流轉(zhuǎn)速測量 渦流振動(dòng)測量電感式傳感器共四十二頁電渦流(wli)式傳感電渦流傳感器的應(yīng)用 電感式傳感器共四十二頁本次作業(yè)1、復(fù)習(xí)什么是電渦流(wli)效應(yīng)。2、電渦流傳感器的特點(diǎn)。3、了解電渦流傳感器的應(yīng)用。4、預(yù)習(xí)壓磁式傳感器4、思考題 P107 作業(yè)題 P107 8、9、10共四十二頁內(nèi)容摘要本次課的內(nèi)容。式中, 導(dǎo)體電阻率(cm)。r導(dǎo)體相對(duì)磁導(dǎo)率。 交變磁場頻率(Hz)。體置于變化的磁場中或在磁場中作用切割磁