电涡流传感器实验模块

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1、电涡流传感器实验模块基本教学实验实验目的1掌握电涡流传感器的基本结构和工作原理。2通过实验了解不同材料对电涡流传感器特性的影响。3通过电涡流方法测量重量、电机转速，掌握电涡流传感器的实际应用技术。4掌握电涡流传感器的静态标定方法，通过实验进行电涡流传感器的静态标定。实验原理与自感传感器、差动变压器相比，电涡流测量原理的特点有二，其一是对导电率、导磁率等物性参数敏感，其二是能够实现非接触测量。这两个特点使得电涡流传感器的应用更为灵活多样，至今人们还在不断的开发它的新用途。金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，称之为电涡流。这种现象称为涡流效应。电涡流式传感器正是基于这种涡

2、流效应而工作的。如图1所示，一个通有交变电流的线圈，置于一块导电材料附近，由于交变电流的存在，在线圈周围就产生一个交变磁场，导电材料内便产生电涡流，电涡流也将产生一个新磁场，与方向相反，因而抵消部分原磁场，从而导致线圈的等效阻抗发生变化。图1电涡流效应无疑，线圈与导体之间存在磁的联系，若把导电材料看成一个具有内阻的线圈，则图1可用图2所示的等效电路表示。、分别为线圈和导电材料的等效电阻，、分别为线圈和导电材料的等效电感。M为互感参数，表征线圈与导电材料之间磁联系强弱。图2电涡流效应的等效电路由图2可列出下列方程（1）解式(1)，可得线圈的等效阻抗（2）前两项为等效电阻，第三项为等效电

3、抗，第三项中括号内为等效电感。品质因数为（3）金属导体的电阻率ρ、磁导率μ、线圈与金属导体之间的距离d以及线圈激励电流的角频率ω等参数，都将通过电涡流效应与线圈等效阻抗发生联系。或者说．线圈等效阻抗是这些参数的函数，即（4）若能保持上述四个参数中的任意三个参数恒定，则等效阻抗将与第四个参数之间建立一一对应的关系，构成了从第四个参数到等效阻抗之间的转换关系。利用位移d作为变换量，可以非接触的测量位移、厚度、振动、转速等，也可做成接近开关等。图3为电涡流位移传感器的几种具体应用。图(a)为轴的轴向位移的测量，图(b)为先导阀或换向阀位移测量，图(c)为金属热膨胀系数测量。测量位移范围可从

4、0~1mm到0~30mm．分辨率为满量程的0.1%。图3电涡流位移传感器的几种具体应用图4为利用电涡流传感器测量转速的电路框图。在被测对象上开一个凹槽，靠近轴表面安装电涡流探头。每当轴转动到如图示位置，电涡流探头感受到轴表面的位置变化，传感器激励线圈的电感随之改变，轴转一圈，变化一次，振荡器的频率变化一次。通道检波器转换成电压的变化，从而得到与转速成正比的脉冲信号。来自传感器的脉冲信号经整形后，由频率计得到频率值，再转换成转速。图4利用电涡流传感器测量转速实验所需部件电涡流线圈、金属涡流片（铜、铝）、电涡流变换器、测微头、示波器、电压表、差动放大器、电桥、砝码实验步骤电涡流传感器的传

5、感特性和静态标定：1安装好电涡流线圈和金属涡流片，注意二者必须保持平行。安装好测微头，将电涡流线圈接入涡流变换器输入端，涡流变换器输出端接电压表20V档。2开启仪器电源，用测微头将电涡流线圈和涡流片分开一定距离，此时输出端有电压值输出。将示波器接涡流变换器输入端，观察电涡流传感器的高频波形。信号频率约1MHz。3用测微头带动振动平台使平面线圈完全贴紧金属涡流片，此时涡流变换器的输出电压为零，涡流变换器中的振荡电路停振。4旋动测微头是平面线圈离开金属涡流片，从电压表开始有读数起每位移0.25mm记录一个读数，并用示波器观察高频振荡波形。将被测位移X、输出电压V的读数填入下表，作出V—X

6、曲线，指出线性范围，找出其最佳工作点并求出灵敏度。被测位移mm输出电压V被测材料对电涡流传感器特性的影响5按1的方法重新安装好传感器，开启电源。6分别对铁、铜、铝被测体进行测量，记录被测位移X、输出电压V的读数。7依据所记录的数据，在同一个坐标下作出涡流传感器对不同被测材料的传感器特性曲线。8分别找出传感器对各种被测材料的线性范围、灵敏度、最佳工作点，并进行比较。可得出结论：对于不同被测材料，涡流传感器的灵敏度、线性范围都不相同，必须分别进行标定。电涡流传感器称重9按图5接线。图5电涡流传感器称重10差动放大器增益调为1，输出接电压表20V档。将平面线圈安装在线性工作范围的起始点。调

7、整电桥，使系统输出为零。11在测量平台中间逐步增加砝码，记录被测重量和输出电压值。被测重量g输出电压V12依据所测量的对应数据，作出传感器特性曲线，计算灵敏度。13取下砝码，在测量范围内从轻到重重新放砝码，记录被测重量、输出电压，并按输出电压依据标定曲线计算被测重量，进一步计算绝对误差、相对误差、引用误差、精度等级。电涡流传感器测量电机转速14电涡流传感器线圈支架转一角度，安装于电机转盘上方，线圈与转盘面平行，在不摩擦的前提下距离越近越好。15电涡流线圈与