電渦流式傳感器

本次課的內(nèi)容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。3.4電渦流式傳感器 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,稱為渦流。上一頁下一頁返回穿透深度式中,ρ——導(dǎo)體電阻率(Ω·cm)；

r——導(dǎo)體相對(duì)磁導(dǎo)率；?——交變磁場頻率(Hz)。電渦流式傳感器3.4.1高頻反射式渦流傳感器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3.4.1高頻反射式渦流傳感器1.根本原理2．等效電路3.傳感器的結(jié)構(gòu)4.測量電路上一頁下一頁返回由法拉第電磁感應(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)行非接觸測量;

形成電渦流必須具備兩個(gè)條件：①存在交變磁場②導(dǎo)電體處于交變磁場中1.根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)生渦流渦流產(chǎn)生電磁場反作用于線圈,改變了電感電感變化程度取于線圈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電渦流式傳感工作原理把一個(gè)扁平線圈置于金屬導(dǎo)體附近，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)生對(duì)抗H1的交變磁場H2。電感式傳感器電渦流式傳感等效電路分析

根據(jù)渦流的分布，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）：電渦流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：電渦流式傳感等效電路分析結(jié)論：但凡能引起R2L2M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ρ導(dǎo)磁率μ厚度d，線圈與被測體間的距離X，鼓勵(lì)線圈的角頻率ω等都通過渦流效應(yīng)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

R1Xωμρd電渦流演示〔互感〕電渦流式傳感等效電路分析結(jié)論：ρ、μ、d、X、ω的變化使R1、L1發(fā)生變化，假設(shè)控制某些參數(shù)不變，只改變其中一個(gè)參數(shù)，可使阻抗Z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：

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考慮到渦流的反射作用，L兩端的阻抗ZL可用下式表示式中,ω——信號(hào)源的角頻率；

K——耦合系數(shù)，K2=M2／(L·LE)。上一頁下一頁返回頻率（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)的感抗分量與電阻分量計(jì)算鄰近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。上一頁下一頁返回由于R<<ωLB那么式(3.4.1)可以簡化為ZL的虛部與金屬板的電阻率無關(guān)，而僅與耦合系數(shù)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K<1，并有R<<ωLB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3.傳感器的結(jié)構(gòu)

線圈框架3．框架襯套4．支架5．電纜6．插頭上一頁下一頁返回4.測量電路

定頻測距電路調(diào)頻測距電路上一頁下一頁返回定頻測距電路將L—x的關(guān)系轉(zhuǎn)換成U—x。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U—x，曲線與金屬板電阻率的變化無關(guān)。上一頁下一頁返回假設(shè)去掉金屬板，那么L=L∞(即x趨于∞時(shí)的L值)。如果在保持幅值不變的情況下，改變正弦振蕩器的頻率，那么可以得到U—曲線，即傳感器回路的并聯(lián)諧振曲線諧振頻率為上一頁下一頁返回有金屬板時(shí)，設(shè)振蕩器的頻率為f0。假設(shè)改變金屬板與傳感器之間的距離x，那么U—x曲線當(dāng)x足夠大時(shí)(此時(shí)L=L∞，U=U∞)，回路處于并聯(lián)諧振狀態(tài)。上一頁下一頁返回調(diào)頻測距電路當(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。上一頁下一頁返回調(diào)頻式測量電路圖電容三點(diǎn)式振蕩器射極輸出器上一頁下一頁返回傳感器輸出電纜的分布電容的影響不能無視的。鋼板銅板上一頁下一頁返回3.4.2低頻透射式渦流傳感器透射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上一頁下一頁返回中選用不同的測試頻率時(shí)，滲透深度Q滲的值是不同的，從而使E—t曲線的形狀發(fā)生變化。在t較小的情況下，Q小曲線的斜率大于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。上一頁下一頁返回測試頻率與材料關(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E－t曲線形狀的變化，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)ρ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)，選用較低的(500Hz)而測較大的材料(如黃銅、鋁)時(shí)，那么選用較高的(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3.4.3渦流式傳感器的應(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）

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1．位移測量(a)汽輪機(jī)主軸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2．振幅測量(a)汽輪機(jī)和空氣壓縮機(jī)常用的監(jiān)控主軸的徑向振動(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3．厚度測量

電渦流式厚度計(jì)的測量原理圖上一頁下一頁返回4．轉(zhuǎn)速測量f——頻率值(Hz)；n——旋轉(zhuǎn)體的槽(齒)數(shù)；N——被測軸的轉(zhuǎn)速(r／min)。上一頁下一頁返回5.渦流探傷

可以用來檢查金屬的外表裂紋、熱處理裂紋以及用于焊接部位的探傷等。綜合參數(shù)(x,ρ,μ)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)的變化即可到達(dá)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a)比較淺的裂縫信號(hào)b)經(jīng)過幅值甄別后的信號(hào)在探傷時(shí)，重要的是缺陷信號(hào)和干擾信號(hào)比。為了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。上一頁返回用渦流探傷時(shí)的測量信號(hào)電渦流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電渦流式傳感電渦流傳感器的應(yīng)用

低頻透射式渦流厚度傳感器

電感式傳感器電渦流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

電感式傳感器電渦流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