现代检测技术之电涡流式传感器 电子版教案设计.ppt

第6章 电涡流式传感器,一、工作原理,二、电涡流的形成范围,三、测量电路,四、电涡流式传感器的特点及应用,一、工作原理,成块的金属置于变化着的磁场中或者在磁场中运动时，金属体内都要产生感应电动势形成电流，这种电流在金属体内是自己闭合的，称为电涡流。电涡流式传感器就是在这种电涡流效应的基础上建立起来的。,一、工作原理,图6-1 电涡流式传感器基本原理图,一、工作原理,传感器工作时的等效阻抗为 等效电阻、等效电感分别为 线圈的品质因数为,二、电涡流的形成范围,在金属导体上形成的电涡流的分布是不均匀的，电涡流密度不仅是距离的函数，而且电涡流只能在金属导体的表面薄层内形成，在半径方向也只能在有限的范围内形成电涡流。,二、电涡流的形成范围,在金属导体上形成的电涡流的分布是不均匀的，电涡流密度不仅是距离的函数，而且电涡流只能在金属导体的表面薄层内形成，在半径方向也只能在有限的范围内形成电涡流。,二、电涡流的形成范围,电涡流与距离的关系,金属导体上的电涡流强度为,图6-2 电涡流强度与X/R的关系,二、电涡流的形成范围,电涡流的径向形成范围,电涡流在径向有一定的形成范围，它随着激励线圈的外半径大小而变，并且与激励线圈外半径有固定的比例关系，激励线圈的外半径决定后，电涡流的径向形成范围就定下来了。在等于激励线圈的外半径处，电涡流密度最大，而在等于激励线圈外半径的1.8倍处，电涡流密度将衰减到最大值的5%。,二、电涡流的形成范围,电涡流的轴向贯穿深度,电涡流轴向渗透（贯穿）深度,涡流传感器在金属体中产生的涡流，其渗透深度与传感器 线圈的励磁电流的频率有关，所以涡流传感器主要可分为 高频反射和低频透射两类，前者应用较广泛。,三、测量电路,由涡流式传感器的工作原理可知，被测量数变化可以转换成传感器线圈的品质因数、等效阻抗和等效电感的变化。转换电路的任务是把这些参数转换为电压或电流输出。总的来说，利用线圈的品质因数值的转换电路使用较少。利用等效阻抗的转换电路一般用桥路，它属于调幅电路。利用等效电感的转换电路一般用谐振电路，根据输出是电压幅值还是电压频率，谐振电路又分为调幅和调频两种。,三、测量电路,桥路,图6-3 涡流式传感器电桥,三、测量电路,谐振调幅电路,图6-4 谐振调幅电路 图6-5谐振曲线,三、测量电路,图6-6 调频电路原理图,四、电涡流式传感器的特点及应用,电涡流式传感器的特点是结构简单、测量线性范围大、易于进行非接触的连续测量、灵敏度较高、抗干扰能力强、不受油污等介质的影响，因此被广泛地应用于工业生产和科学研究的各个领域，可用来测量位移、振幅、尺寸、厚度、热膨胀系数、轴心轨迹、非铁磁材料导电率和金属件探伤等。,四、电涡流式传感器的特点及应用,其应用大致有以下四个方面,利用位移作为变换量，可以做成测量位移、厚度、振幅、振摆、转速等传感器，也可做成接近开关、计算器等； 利用材料电阻率作为变换量，可以做成测量温度、材料判别等传感器； 利用磁导率 作变换量，可以做成测量应力、硬度等传感器； 利用变换量 、 等的综合影响，可以做成探伤装置等。,四、电涡流式传感器的特点及应用,(一) 测量厚度,图6-7高频反射式涡流测厚仪,四、电涡流式传感器的特点及应用,图6-8 低频透射式涡流传感器,四、电涡流式传感器的特点及应用,感应电压U2与金属板厚d度的关系如图6-9所示，因此可利用U2来反映金属板的厚度。,图6-9 线圈感应电势与厚度关系曲线,