第四章电涡流传感器ppt课件.ppt

《第四章电涡流传感器ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章电涡流传感器本章学习电涡流传感器的原理及应用，并介绍接近开关的原理、结构、特性参数及应用。2021/8/922021/8/93当电涡流线圈与金属板的距离x减小时，电涡流线圈的等效电感L减小，等效电阻R增大。感抗XL的变化比R的变化大得多，流过电涡流线圈的电流i1增大。第一节电涡流传感器工作原理电涡流效应：根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流(电涡流)的现象。电涡流式传感器原理图式中：r--线圈与被测导体的尺寸因子。上图为电涡流式传感器的原理图，该图由传感器线圈和被测导体组

2、成线圈—导体系统。当传感器线圈通以交变电流时，由于电流的变化，在线圈周围产生交变磁场，使置于此磁场中的被测导体内产生感应电涡流，电涡流又产生新的交变磁场。与方向相反，因而抵消部分原磁场，从而导致传感器线圈的电感量、阻抗和品质因数发生变化，即线圈的等效阻抗发生变化。这些变化与被测导体的电阻率、磁导率以及几何形状有关，也与线圈几何参数、激磁电流频率有关，还与线圈与被测导体间的距离有关。因此可写为：电涡流式传感器简化模型电涡流式传感器等效电路图f--为线圈激磁电流的频率；ρ--为金属导体的电阻率；μr--为金属导体的磁导率。模型中，把在被测金属导体上形成的电

3、涡流等效成一个短路环，即假设电涡流仅分布在环体之内，模型中h（电涡流的贯穿深度）可由下式求得：集肤效应：当高频（100kHz左右）信号源产生的高频电压施加到一个靠近金属导体附近的电感线圈L1时，将产生高频磁场H1。如被测导体置于该交变磁场范围之内时，被测导体就产生电涡流i2。i2在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为集肤效应（也称趋肤效应）。集肤效应与激励源频率f、工件的电导率、磁导率等有关。频率f越高，电涡流的渗透的深度就越浅，集肤效应越严重。根据简化模型，可将金属导体形象地看做一个短路线圈，它与传感器线圈之间存在

4、耦合关系，它们之间的等效电路图如上。图中R2为电涡流短路环等效电阻，其表达式为：根据基尔霍夫第二定律，可列出如下方程：Ω--线圈激磁电流角频率R1--线圈电阻L1--线圈电感L2--短路环等效电感R2--短路环等效电阻M--互感系数等效阻抗Z的表达式为：式中：Req——线圈受电涡流影响后的等效电阻Leq——线圈受电涡流影响后的等效电感电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表达式为：Z=R+jωL=f（i1,f,,,r,x,……）等效阻抗分析等效阻抗与非电量测量的应用检测深度的控制：由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变f，

5、可控制检测深度。激励源频率一般设定在100kHz-1MHz。频率越低，检测深度越深。间距x的测量：如果控制上式中的i1、f、、、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为间距x的单值函数，这样就成为非接触地测量位移的传感器。多种用途：如果控制x、i1、f不变，就可以用来检测与表面电导率有关的表面温度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率有关的材料型号、表面硬度等参数。1、电涡流形成范围——径向形成范围线圈—导体系统产生的电涡流密度既是线圈与导体间距离x的函数，又是沿线圈半径方向r的函数。当x一定时，电涡流密度J与半径r的关系曲线下图所示（图中J0为金

6、属导体表面电涡流密度，即电涡流密度最大值。Jr为半径r处的金属导体表面电涡流密度）。由图可知：①电涡流径向形成范围大约在传感器线圈外径ras的1.8～2.5倍范围内，且分布不均匀。②电涡流密度在ri=0处为零。③电涡流的最大值在r=ras附近的一个狭窄区域内。④可以用一个平均半径为的短路环来集中表示分散的电涡流（图中阴影部分）。电涡流效应的基本特性电涡流密度J与半径r的关系曲线2、电涡流强度与距离的关系理论分析和实验都已证明，当x改变时，电涡流密度也发生变化，即电涡流强度随距离x的变化而变化。根据线圈—导体系统的电磁作用，可以得到金属导体表面的电涡流强

7、度为：式中：I1——线圈激励电流；I2——金属导体中等效电流；x——线圈到金属导体表面距离；ras——线圈外径。电涡流强度与距离归一化曲线根据上式作出的归一化曲线如图所示。以上分析表明：①电涡流强度与距离x呈非线性关系，且随着x/ras的增加而迅速减小。②当利用电涡流式传感器测量位移时，只有在x/ras<<1(一般取0.05～0.15)的条件下才能得到较好的线性和较高的灵敏度。3、电涡流的轴向贯穿深度所谓贯穿深度是指把电涡流强度减小到表面强度的1/e处的表面厚度。由于金属导体的趋肤效应，电磁场不能穿过导体的无限厚度，仅作用于表面薄层和一定的径向范围内，

8、并且导体中产生的电涡流强度是随导体厚度的增加按指数规律下降的。其按指数衰减分布规律可用下式表示