,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,电涡流传感器,电涡流传感器的,工作原理,1,电涡流传感器的,转换电路,3,电涡流传感器的,应用,电涡流传感器的,类型,4,2,电涡流传感器原理图,线圈通入正弦交变电流,I,1,，则线圈周围空间将产生一个正弦交变磁场,H,1,，使金属导体中感应电涡流,I,2,，,I,2,又产生一个与,H,1,方向相反的交变磁场,H,2,，如图。根据,楞次定律,，,H,2,的反作用必然削弱线圈的磁场,H,1,。由于磁场,H,2,的作用，涡流要消耗一部分能量，导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。线圈阻抗的变化完全取决于被测金属导体的,电涡流效应,。,电涡流传感器的工作原理,线圈置于金属导体附近：,原理的直观表示,线圈中通以高频信号,I,1,正弦交变磁场,H,1,金属导体内就会产生涡流,I,2,涡流产生交变磁场,H,2,反作用于线圈，改变了阻抗、电感,电涡流传感器的等效电路,把被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环中的电流，短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为,R,1,、电感为,L,1,。这样线圈与被测导体便可等效为两个相互耦合的线圈。线圈与导体间存在一个互感,M,，它随线圈与导体间距,x,的减小而增大。,电涡流传感器等效电路,M,R,L,1,L,R,1,I,I,1,U,1,线圈的等效电阻和电感为：,结论：,凡是能引起,R,1,、,L,1,、,M,变化的物理量均可以引起传感器线圈,R,、,L,的变化。,被测体（金属）的电阻率,、磁导率,、厚度,d,、线圈与被测体间的距离,X,，激励线圈的角频率,等都通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗,Z,发生关系，即,Z,=,f,(,X,d,，,）。,、,、,d,、,X,、,的变化使,R,、,L,发生变化，若控制某些参数不变，只改变其中一个参数，可使阻抗,Z,成为这个参数的单值函数。,传感器线圈接入,LC,振荡回路，作为组成,LC,振荡器的电感元件。当传感器与被测导体距离,x,改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率的变化，该变化的频率是距离,x,的函数，该频率可由数字频率计直接测量，或者通过,f U,变换，用数字电压表测量对应的电压。,1.,调频式测量电路,调频式测量电路框图,电涡流传感器的转换电路,石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压用于激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最终输出的直流电压,U,0,反映了金属体对电涡流线圈的影响（例如两者之间的距离等参数）。,2.,调幅式测量电路,9,距离金属表面,Z,处涡流按指数规律衰减,-,金属表面涡流密度,(,最大）,-,金属表面距离,Z,处的涡流,h-,集肤深度；,-,电阻率；,-,磁导率；,f,-,激励信号频率,/e,h,z,电涡流传感器的类型,集肤效应,故电涡流式传感器可分为,高频反射式,和,低频透射式,两类。,1.高频反射式电涡流传感器,电涡流传感器的类型,高频,(lMHz),激励电流产生的高频磁场作用于金属板的表面，由于,集肤效应,，在金属板,表面,将形成涡电流。与此同时，该涡流产生的交变磁场又反作用于线圈，引起线圈自感,L,或阻抗,Z,L,的变化。,发射线圈,1,和接收线圈,2,分别放在被测材料,G,的上下,低频电压,e,1,加到线圈,1,的两端后,在周围空间产生一交变磁场,并在被测材料,G,中产生涡流,此涡流损耗了部分能量,使贯穿,2,的磁力线减少,从而使,2,产生的感应电势,e,2,减小。,e,2,的大小与,G,的厚度及材料性质有关,实验与理论证明,e,2,随材料厚度,h,增加按负指数规律减小。,2.,低频透射式电涡流传感器,电涡流传感器的应用,被 测 参 数,变 换 量,特 征,位移、厚度、振动,（,1,）非接触测量，连续测量,（,2,）受剩磁的影响。,表面温度,材质判别,（,1,）非接触测量，连续测量；,（,2,）对温度变化进行补偿,应力、硬度,（,1,）非接触测量，连续测量；,（,2,）受剩磁和材质影响,探伤,可以定量测量,优点：,测量范围大、灵敏度高、结构简单、抗干扰能力强和可非接触测量,1.位移测量,1,被测件,2,传感器探头,(a),汽轮机主轴的轴向位移测量示意图,(b),磨床换向阀、先导阀的位移测量示意图,(c),金属试件的热膨胀系数测量示意图,2.振幅测量,汽轮机和空气压缩机常用的监控主轴的径向振动的示意图,通常使用数个传感器探头并排地安置在轴附近，便于了解振动形状，画出轴振形图,厚度：,t,=,D,-(,x,1,+,x,2,),3.,厚度测量,可减小因为振动引起的干扰，厚度不变时,x,1,+x,2,=,常数,3.,其他应用,谢谢！,