傳感器第四章電渦流傳感器

1、傳感器第四章電渦流傳感器第1頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日4-1 電渦流式傳感器的工作原理一、基本原理 一個(gè)通有交流電流J1的傳感器線圈，由于電流的變化，在線圈周?chē)彤a(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)H1。渦電流 被測(cè)導(dǎo)體置于該磁場(chǎng)周?chē)畠?nèi)，被測(cè)導(dǎo)體內(nèi)變會(huì)產(chǎn)生電渦流J2，電渦流也將產(chǎn)生一個(gè)新的磁場(chǎng)H2。 H2與H1方向相反，因而抵消部分原磁場(chǎng)，從而導(dǎo)致線圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因素發(fā)生改變?？棺桦姼衅焚|(zhì)因數(shù)第2頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日二、等效電路分析將渦電流等效為一個(gè)短路環(huán)，則等效電路為：由克?；舴蚨?，得：式中，R1，L1_為線圈電阻、電感； R2，

2、L2_ 金屬導(dǎo)體的電阻和電感M_互感系數(shù)解：第3頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日記線圈等效阻抗：線圈等效電阻線圈等效電感圈的品質(zhì)因數(shù)：金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的渦電流環(huán)的阻抗Q0無(wú)渦流影響第4頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日（4）由于渦流損耗能量，使線圈阻抗的實(shí)數(shù)部分增加，導(dǎo)致品質(zhì)因數(shù)值下降(與金屬材料的導(dǎo)磁性無(wú)關(guān))。討論（1）阻抗、電感、品質(zhì)因數(shù)都與互感系數(shù)M有關(guān)。M與x為非線性關(guān)系，x ,M ，所以：（2）若被測(cè)體為磁性材料，則x減小，有效磁導(dǎo)率增大，于是L1也增大；若被測(cè)導(dǎo)體為非磁性材料，有效磁導(dǎo)率與x無(wú)關(guān)，于是L1=const.;（3）由于渦電

3、流的存在，使得等效電感L減小，而且，x減小，L也減小越多 ；第5頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日一、電渦流與軸向距離的關(guān)系 由線圈導(dǎo)體的電磁作用，可得導(dǎo)體中電渦流為：4-2電渦流形成的范圍電渦流不僅是距離x的函數(shù)，而且只在被測(cè)導(dǎo)體的表面薄層及半徑的有限范圍內(nèi)形成。第6頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日1、電渦流隨軸向距離x的增加而迅速減??；即：討論2、為了獲得較強(qiáng)的電渦流效應(yīng)，應(yīng)保證：一般：第7頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日一種簡(jiǎn)化的模型如圖。導(dǎo)體假設(shè)只有一個(gè)環(huán)，而環(huán)中的電渦流密度（電流/單位面積）是半徑的函數(shù)：二、

4、渦電流的徑向形成范圍被測(cè)金屬線圈外半徑線圈內(nèi)半徑線圈結(jié)論第8頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日討論1、當(dāng) 時(shí)，即在線圈外徑處，電渦流密度最大（jo)；2、在線圈的軸線附近，電渦流非常小，可以設(shè)想為一個(gè)孔，這個(gè)孔的孔徑為 ；3、當(dāng) （稱“有效外徑”時(shí)，電流密度衰減到最大值的5）第9頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日金屬表面渦流密度（即最大電流密度）；趨膚深度（軸向貫穿深度）；在距離導(dǎo)體表面x=t處，該處渦流密度為：三、電渦流的軸向貫穿深度由于“趨膚效應(yīng)”，渦流密度在金屬導(dǎo)體中的軸向分布按指數(shù)規(guī)律衰減：金屬導(dǎo)體中某點(diǎn)距離金屬表面x的電渦流密度；“趨膚

5、效應(yīng)”(集膚效應(yīng)）交流電通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，由于感應(yīng)作用，引起導(dǎo)體截面積上電流分布不均勻；越近導(dǎo)體表面，電流密度越大。則該深度即為趨膚深度（或軸向貫穿深度）。第10頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日貫穿深度值可由下式計(jì)算：導(dǎo)體電阻率；相對(duì)磁導(dǎo)率；激勵(lì)頻率（1）貫穿深度與被測(cè)體的材料有關(guān)；（2）當(dāng)被測(cè)導(dǎo)體材料一定時(shí)。軸向貫穿深度是激勵(lì)頻率的函數(shù)。頻率越高，趨膚深度越小。討論(cm)第11頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日4-3 電渦流傳感器的設(shè)計(jì)一、線圈的形狀和大小在線圈中，取單匝載流圓導(dǎo)線，在其軸上的磁感應(yīng)強(qiáng)度：畢奧沙法拉普拉斯定律bsrosdrrisB

6、pxrx傳感器線圈在軸上的磁感應(yīng)強(qiáng)度rdxp第12頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日討論半徑較小處（r）,則越接近（線圈）導(dǎo)線（x ） ，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大（Bp）；而在遠(yuǎn)離（線圈）導(dǎo)線的地方（x ）,則半徑大的地方（r ） ，磁感應(yīng)強(qiáng)度大（Bp） 。K=36*10-10（激勵(lì)電流不變）第13頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日考慮扁平導(dǎo)線，單位面積上的電流密度：取通過(guò)截面積為dxdr處的圓形電流：此電流在軸上x(chóng)處所產(chǎn)生的磁感應(yīng)為：則，整個(gè)載流扁平線圈在x處所產(chǎn)生的總的磁感應(yīng)強(qiáng)度：第14頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日1、線圈

7、外徑越大，線圈的磁場(chǎng)軸向分布范圍（即線性范圍）越大，但是磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化的梯度（即靈敏度）越??；反之亦然。2、線圈內(nèi)徑的變化對(duì)線性范圍和靈敏度影響不大。3、線圈厚度的變化對(duì)線性范圍和靈敏度影響不大。討論線圈外徑影響線圈內(nèi)徑影響線圈厚度影響第15頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日44被測(cè)體材料形狀和大小的影響一、被測(cè)體材料的影響被測(cè)體材料傳感器線圈的阻抗靈敏度1、被測(cè)體電導(dǎo)率線圈等效阻抗 電渦流 靈敏度 2、非磁性體比磁性體的測(cè)量靈敏度高： 即磁性材料靈敏度低。渦流效應(yīng)引起變化 L線圈的等效電感3、若被測(cè)體表面有鍍層且不均勻， 則當(dāng)激勵(lì)頻率 使趨膚深度 ，干擾影響強(qiáng)烈。

8、A第16頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日二、被測(cè)體大小形狀的影響為了充分地有效利用電渦流效應(yīng)，被測(cè)體的大小、形狀應(yīng)不影響電渦流形成的有效范圍。否則靈敏度下降。(1)被測(cè)體的面積要求線圈面積圓柱體被測(cè)體直徑線圈直徑的3.5倍以上。(2)厚度要求0.2mm 第17頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日三、被測(cè)體周?chē)艌?chǎng)對(duì)測(cè)量的影響(2)測(cè)量非磁性材料時(shí)，周?chē)拇艌?chǎng)對(duì)測(cè)量無(wú)影響。(3)而測(cè)量磁性材料時(shí)，周?chē)拇艌?chǎng)若方向，則對(duì)測(cè)量有影響。(1)傳感器線圈周?chē)?，除被測(cè)導(dǎo)體外，應(yīng)盡可能避開(kāi)其他導(dǎo)體。有影響無(wú)影響第18頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)

9、47分，星期日四、傳感器安裝對(duì)測(cè)量的安裝傳感器線圈（未加屏蔽時(shí)）與非被測(cè)金屬之間，至少需要相距一個(gè)線圈的直徑大小傳感器殼體（非被測(cè)金屬）被測(cè)體第19頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日一、電橋電路（阻抗變換電路）兩個(gè)傳感器線圈當(dāng)被測(cè)體與線圈耦合時(shí) ，電橋失衡 經(jīng)放大橋波輸出 45 測(cè)量電路用于差動(dòng)式電渦流傳感器如圖兩個(gè)渦電流傳感器組成差動(dòng)結(jié)構(gòu)L1L2第20頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日二、諧振法：諧振頻率諧振時(shí)，回路的阻抗最大：將線圈電感與固定電容并聯(lián)成諧振電路。RR回路的等效損耗電阻當(dāng)電感L發(fā)生變化時(shí)，回路的等效阻抗和諧振頻率也發(fā)生變化?？梢?/p>

10、通過(guò)測(cè)量回路中阻抗或諧振頻率的方法即可以間接反映傳感器的測(cè)量值；測(cè)量方法：調(diào)幅法和調(diào)頻法。第21頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日第22頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日第23頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日46 其它形式的電渦流傳感器u1u2L1L2h低頻電渦流測(cè)厚儀發(fā)射線圈接收線圈原理：接收線圈L2上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小u2與被測(cè)材料的厚度h按負(fù)指數(shù)冪規(guī)律減小t1t2t3t1t2t3u2h第24頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日47 電渦流傳感器的應(yīng)用電渦流傳感器的外形：第25頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日電渦流傳感器的特性：第26頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日電渦流傳感器的應(yīng)用：第27頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日第28頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日第29頁(yè)，共34頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)47分，星期日第