电涡流传感器ppt课件.ppt

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1、自动检测与转换技术第四章　电涡流传感器本章学习电涡流传感器的原理及应用，并涉及接近开关的原理、结构、特性参数及应用。第一节电涡流传感器工作原理一、电涡流效应电涡流传感器是根据电涡流效应进行工作的，即利用金属导体置于变化的磁场中，产生感应电流，从而在金属体内形成自行闭合的电涡流线，这种现象称为电涡流效应。电涡流效应演示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。线圈置于金属导体附近：线圈中通以高频信号i

2、1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涡流原理电涡流的应用干净、高效的电磁炉电磁炉内部的励磁线圈电磁炉的工作原理高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食物。二、集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。当金属导体置于变化的磁场中，产生电涡流，而电涡流在金属导体的纵深方向并不均匀，只集中在金属导体的表面，这种现象称为集肤效应（也称趋

3、肤效）。三、等效阻抗分析检测深度与激励源频率有何关系？电涡流线圈等效阻抗Z的函数表达式为：Z=R+jωL=f（i1、f、、、r、x）如果控制上式中的i1、f、、、r不变，电涡流线圈的阻抗可以反映哪个量？属于接触式测量还是非接触式测量？电涡流线圈的阻抗变化与金属导体的几何形状、电导率、磁导率及线圈的几何参数、激励电流的频率及线圈到被测金属导体的距离等参数有关。等效阻抗与非电量的测量检测深度的控制：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，可控制检测深度。激励源频率一般设

4、定在100kHz-1MHz。频率越低，检测深度越深。间距的测量：如果控制式中的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。其他用途：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。第二节电涡流传感器结构及特性电涡流探头外形交变磁场一、传感元件：电涡流探头。是一个固定在框架上的扁平线圈，激励源频率较高（数十千赫至数兆赫）。电涡流探头内部结构1—电

5、涡流线圈2—探头壳体3—壳体上的位置调节螺纹4—印制线路板5—夹持螺母6—电源指示灯7—阈值指示灯8—输出屏蔽电缆线9—电缆插头CZF-1系列传感器的性能分析上表：探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？二、被测体材料、形状对灵敏度的影响（1）被测体材料：对非磁性材料：被测体的电导率越高，灵敏度越高对磁性材料：磁导率影响是电涡流线圈的感抗，磁滞损耗影响电涡流线圈的Q值，灵敏度视具体情况而定（2）被测体形状圆盘状物体：物体直径应大于线圈直径的2倍以上，否则灵敏度降低轴状圆柱体的圆弧表面：直径必须为

6、线圈直径的4倍以上大直径电涡流探雷器第三节测量转换电路一、调幅式（AM）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Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响。当被测体为非磁性金属时，探头线圈的等效电感L减小、R增大，引起Q值下降。并联谐振回路的谐振频率f1>f0，处于失谐状态，输出电压大大降低。当被测体为磁性金属时，探头线圈的等效电感L略增大、Q值下降，输出电压也大大降低。被测体与探头

7、间距越小，输出电压越低。二、调频（FM）式电路(100kHz-1MHz）当电涡流线圈与被测体的距离x改变时，电涡流线圈的电感量L也随之改变，引起LC振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将f转换为电压Uo。并联谐振回路的谐振频率设电涡流线圈的电感量L=0.8mH，微调电容C0=200pF，求振荡器的频率f。鉴频器特性使用鉴频器可以将f转换为电压Uo鉴频器的输出电压与输入频率成正比鉴频器在调频式电路中的应用设电路参数如上页，计算电涡

8、流线圈未接近金属时的鉴频器输出电压Uo；若电涡流线圈靠近金属后，电涡流探头的输出频率f上升为500kHz，f为多少？输出电压Uo又为多少？作业P75：第6题休息一下第四节电涡流传感器的应用电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，例如金属材料的厚度、尺寸、形状、电导率、磁导率、表面因素、距离等。只要固定其他因素就可以用电涡流传感器来测量剩下的一个因素。因此电涡流传感器的应用领域十分广泛。但也同时带来许多不确定因素，一个或几个因素的微小变化就足以影响测量结果。所以电涡流传感器多用于定性测