感測課件：電渦流傳感器

電渦流式傳感器

電渦流式傳感器是基于電渦流效應(yīng)工作的傳感器，優(yōu)點是可實現(xiàn)非接觸式測量。電渦流式傳感器的變換原理是利用金屬導(dǎo)體在交流磁場中的電渦流效應(yīng)。若一金屬板置于一只線圈的附近，它們之間相互的間距為δ，當線圈輸入一交變電流i時，便產(chǎn)生交變磁通量Φ，金屬板在此交變磁場中會產(chǎn)生感應(yīng)電流i1，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，所以稱之為電渦流。

電渦流傳感器的等效電路把被測導(dǎo)體上形成的電渦流等效成一個短路環(huán)中的電流，短路環(huán)可以認為是一匝短路線圈，其電阻為R1、電感為L1。這樣線圈與被測導(dǎo)體便可等效為兩個相互耦合的線圈。線圈與導(dǎo)體間存在一個互感M，它隨線圈與導(dǎo)體間距x的減小而增大。圖4-19電渦流傳感器等效電路MRL1LR14.3.3電渦流傳感器的種類電渦流在金屬導(dǎo)體內(nèi)的滲透深度定義為電渦流強度減小到表面強度的1/e處的厚度:可見電渦流在金屬導(dǎo)體內(nèi)的滲透深度與傳感器線圈的激勵信號頻率有關(guān)。故電渦流式傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類。目前高頻反射式電渦流傳感器應(yīng)用較廣泛。金屬板ie

M～ΦeΦｉ高頻激勵電流產(chǎn)生的高頻磁場作用于金屬板的表面，在金屬板表面將形成電渦流。與此同時，該渦流產(chǎn)生的交變磁場又反作用于線圈，引起線圈的Q值和等效阻抗Z、電感L均發(fā)生變化。其變化與線圈附近金屬板的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ、激勵電流i及角頻率ω等有關(guān)，若只改變距離δ而保持其它參數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈自感的變化，通過測量電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出。高頻反射式渦流傳感器多用于位移測量，或接近開關(guān)。

CZF1型渦流傳感器主要由一個安置在框架上的扁平圓形線圈構(gòu)成。此線圈可以粘貼于框架上，或在框架上開一條槽溝，將導(dǎo)線繞在槽內(nèi)。1234561線圈2框架3襯套4支架5電纜6插頭2.低頻透射式電渦流傳感器

發(fā)射線圈L1和接收線圈L2分置于被測金屬板的上下方。由于低頻磁場集膚效應(yīng)小，滲透深，當?shù)皖l電壓加到線圈L1的兩端后，所產(chǎn)生磁力線的一部分透過金屬板,使線圈L2產(chǎn)生感應(yīng)電動勢u2。但由于渦流消耗部分磁場能量，使感應(yīng)電動勢u2減少。

u2的大小與金屬板的厚度及材料的性質(zhì)有關(guān)，u2隨材料厚度h的增加按負指數(shù)規(guī)律減少,因此，若金屬板材料的性質(zhì)一定，則利用u2的變化即可測金屬板厚度。

線圈L2

的感應(yīng)電壓與被測厚度的增大按負冪指數(shù)的規(guī)律減小，即式中δ——被測金屬板的厚度；

h——電渦流貫穿金屬板深度。

測量厚度時，激勵頻率應(yīng)選得較低。頻率太高，貫穿深度小于被測厚度，不利于進行厚度測量，通常選激勵頻率為1kHz左右。測薄金屬板時，頻率一般應(yīng)略高些，測厚金屬板時，頻率應(yīng)低些。從而保證在測量不同材料時能得到較好的線性和靈敏度。透射式渦流傳感器應(yīng)用：測量金屬板的厚度。4.3.4電渦流傳感器的轉(zhuǎn)換電路

電渦流傳感器轉(zhuǎn)換電路的作用就是將Z、L或Q轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。阻抗Z的轉(zhuǎn)換電路一般用電橋。

交流電橋?qū)鞲衅骶€圈的阻抗變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化。圖中L1

、L2是兩個傳感器線圈，它們與電容C1

、C2的并聯(lián)阻抗Z1

、Z2作為電橋的兩個橋臂.U0圖4-22交流電橋測量電路L1振蕩器R1R2C2~C1L2檢波放大電感式接近傳感器電感式接近傳