项目3.3电涡流式传感器.ppt

3.3 电涡流式传感器,当导体置于交变磁场或在固定磁场中运动时，导体内引起感应电流，此电流在导体内闭合,称为涡流上一页,下一页,返 回,穿透深度,式中, ρ——导体电阻率(Ω·cm)； r——导体相对磁导率； ƒ ——交变磁场频率(Hz)电涡流式传感器,1 高频反射式涡流传感器 2 低频透射式涡流传感器 3 涡流式传感器的应用,上一页,下一页,返 回,,,,,1 高频反射式涡流传感器,1. 基本原理 2．等效电路 3. 传感器的结构 4. 测量电路,上一页,下一页,返 回,,1. 基本原理,线圈置于金属导体附近： 线圈中通以高频信号 i1 正弦交变磁场 H1 金属导体内就会产生涡流 涡流产生电磁场 反作用于线圈 ,改变了电感,,,,,电感变化程度取于线圈L的外形尺寸，线圈L至金属板之间的距离， 金属板材料的电阻率和磁导率 以及的频率等,上一页,下一页,返 回,2）电涡流式电感传感器,高频反射式涡流传感器：高频(1MHz)激励电流，产生的高频磁场作用于金属板的表面，在金属板表面将形成涡电流 若只改变距离δ而保持其他系数不变，则可将位移的变化转换为线圈自感的变化低频透射式涡流传感器：发射线圈ω1和接收线圈ω2分别置于被测金属板材料G的上、下方。

当低频(音频范围)电压e1加到线圈ω1的两端后，所产生磁力线的一部分透过金属板材料G，使线圈ω2产生感应电动势e2，且e2随材料厚度h的增加按负指数规律减少2． 等效电路,电感LE表示金属板对涡流呈现的电感效应 电阻RE表示在金属板上的涡流损耗 互感系数M表示LE与原线圈L之间的相互作用 R为原线圈L的损耗电阻 C为线圈与装置的分布电容,上一页,下一页,返 回,,3. 传感器的结构,线圈 框架 3．框架衬套 4． 支架 5．电缆 6．插头,上一页,下一页,返 回,,4. 测量电路,定频测距电路 调频测距电路,上一页,下一页,返 回,,,,定频测距电路,将L—x的关系转换成U—x 通过检波电压U的测量，就可以确定距离x的大小 这里U—x，曲线与金属板电阻率的变化无关上一页,下一页,返 回,若去掉金属板，则L=L∞(即x趋于∞时的L值) 如果在保持幅值不变的情况下，改变正弦振荡器的频率， 则可以得到U—曲线，即传感器回路的并联谐振曲线,谐振频率为,上一页,下一页,返 回,有金属板时，设振荡器的频率为f0 若改变金属板与传感器之间的距离x，则U—x曲线,当x足够大时(此时L=L∞，U=U∞)，回路处于并联谐振状态。

上一页,下一页,返 回,,调频测距电路,当传感器线圈与被测物体间的距离x变化时， 引起线圈的电感量L发生变化，从而使振荡器的频率改变， 然后通过鉴频器将频率变化再变成电压输出上一页,下一页,返 回,调频式测量电路图,电容三点式振荡器 射极输出器,上一页,下一页,返 回,传感器输出电缆的分布电容的影响不能忽视的钢板 铜板,上一页,下一页,返 回,,2 低频透射式涡流传感器,透射式涡流传感器原理 线圈感应电势与厚度关系曲线,测厚的依据: E的大小间接反映了M的厚度t,上一页,下一页,返 回,当选用不同的测试频率时，渗透深度Q渗的值是不同的， 从而使E—t曲线的形状发生变化在t较小的情况下，Q小曲线的斜率大于Q大曲线的斜率； 而在t较大的情况下，Q大曲线的斜率大于Q小曲线的斜率 测量薄板时应选较高的频率，测量厚材时应选较低的频率上一页,下一页,返 回,,测试频率与材料关系,对于一定的测试频率，当被测材料的电阻率不同时，渗透深度Q渗的值也不相同，于是又引起E－t曲线形状的变化，为使测量不同的材料时所得到的曲线形状相近，就需在变动ρ时保持Q不变，这时应该相应地改变f。

测较小的材料(如紫铜)时，选用较低的 (500Hz)而测较大的材料(如黄铜、铝)时，则选用较高的 (2KHz)，从而保证传感器在测量不同材料时的线性度和灵敏度上一页,下一页,返 回,,,,3 涡流式传感器的应用,上一页,下一页,返 回,,1．位移测量,(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,上一页,下一页,返 回,,2． 振幅测量,(a)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 (b)测量发动机涡轮叶片的振幅的示意图 (c) 通常使用数个传感器探头并排地安置在轴附近,上一页,下一页,返 回,,3．厚度测量,电涡流式厚度计的测量原理图,上一页,下一页,返 回,,4．转速测量,f——频率值(Hz)； n——旋转体的槽(齿)数； N——被测轴的转速(r／min)上一页,下一页,返 回,,5. 涡流探伤,可以用来检查金属的表面裂纹、热处理裂纹以及用于焊接部位的探伤等 综合参数(x, ρ, μ)的变化将引起传感器参数的变化，通过测量传感器参数的变化即可达到探伤的目的 在探伤时导体与线圈之间是有着相对运动速度的，在测量线圈上就会产生调制频率信号,上一页,下一页,返 回,,,,a)比较浅的裂缝信号 b)经过幅值甄别后的信号,在探伤时，重要的是缺陷信号和干扰信号比。

为了获得需要的频率而采用滤波器，使某一频率的信号通过， 而将干扰频率信号衰减上一页,返 回,用涡流探伤时的测量信号,案例分析,思考题,1.电感传感器的基本原理是什么？可分成几种类型？ 2.电感传感器的常用的测量电路有哪些？ 3.电涡流传感器的工作原理是什么？形成电涡流的两个必备条件是什么？ 4．说明电感式传感器有哪些特点 5．分析比较变磁阻式自感传感器、差动变压器式互感传感器的工作原理和灵敏度 6．试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理 7．分析电涡流式传感器关于安全门应用的工作原理。