常用傳感器工作原理(電渦流式)課件

1、第3章 常用傳感器的工作原理1何謂渦流？在許多電工設(shè)備中都存在大塊導(dǎo)體(如發(fā)電機(jī)和變壓器的鐵心和端蓋等)。當(dāng)這些大塊導(dǎo)體處在變化的磁場中或在磁場中切割磁力線時(shí)，其內(nèi)部都會(huì)感應(yīng)出電流。這些電流的特點(diǎn)是：在大塊導(dǎo)體內(nèi)部自成閉合回路，呈旋渦狀流動(dòng)。因此，稱之為渦旋電流，簡稱渦流。例如，含有圓柱導(dǎo)體芯的螺管線圈中通有交變電流時(shí)，圓柱導(dǎo)體芯中出現(xiàn)的感應(yīng)電流或渦流，如圖所示。 3.5 電渦流式傳感器當(dāng)交變電流通過導(dǎo)線時(shí)，感應(yīng)電流（渦流）將集中在導(dǎo)體表面流通，尤其當(dāng)頻率較高時(shí)，此電流幾乎是在導(dǎo)體表面附近的一薄層中流動(dòng)，這就是所謂的集膚效應(yīng)現(xiàn)象。2交變電流頻率越高，渦流的集膚效應(yīng)越顯著，即渦流穿透深度越小，其

2、穿透深度 ：可見，渦流穿透深度與激勵(lì)電流頻率有關(guān)，所以根據(jù)激勵(lì)頻率高低，渦流傳感器可分為：高頻反射式和低頻透射式兩大類。前者用于非接觸式位移變量的檢測，后者僅用于金屬板厚度的測量。由于結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、頻響范圍寬、不受油污等介質(zhì)的影響，并能進(jìn)行非接觸測量，適用范圍廣。用來測量位移、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度、硬度等參數(shù)，以及用于無損探傷領(lǐng)域。由于目前高頻反射式電渦流傳感器應(yīng)用廣泛，因此本節(jié)主要介紹高頻反射式電渦流傳感器。3一般講，線圈的阻抗變化與金屬導(dǎo)體的電阻率 、磁導(dǎo)率 、線圈與金屬導(dǎo)體的距離 以及線圈激勵(lì)電流的頻率 等參數(shù)有關(guān) 。即，線圈阻抗 是這些參數(shù)的函數(shù)，可寫成1i12i25若能控制其中大部

3、分參數(shù)恒定不變，只改變其中一個(gè)參數(shù)，這樣阻抗就能成為這個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)。渦流式傳感器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于進(jìn)行非接觸的連續(xù)測量，靈敏度較高，適用性強(qiáng)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。利用變換量 、 、 等的綜合影響，可以做成探傷裝置等。其應(yīng)用大致有下列四個(gè)方面：利用位移 作為變化量，可以測被測量位移、厚度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等傳感器，也可做成接近開關(guān)、計(jì)數(shù)器等；利用材料電阻率 作為變換量，可以做成溫度測量、材質(zhì)判別等傳感器利用磁導(dǎo)率 作為變換量，可以做成測量應(yīng)力、硬度等傳感器；6基本結(jié)構(gòu)： 1234561 線圈 2 框架 3 襯套4 支架 5 電纜 6 插頭高頻反射電渦流傳感器主要由線圈和框架組成。由于電渦流式

4、傳感器的主體是激磁線圈，所以線圈的性能和幾何尺寸、形狀對整個(gè)測量系統(tǒng)的性能將產(chǎn)生重要的影響。一般情況下，線圈的導(dǎo)線采用高強(qiáng)度漆包線；要求較高的場合，可以用銀或銀合金線；在較高溫度條件下，需要用高溫漆包線。下圖為CZF1型渦流傳感器的結(jié)構(gòu)原理，它采取將導(dǎo)線繞在聚四氟乙烯框架窄槽內(nèi)，形成線圈的結(jié)構(gòu)方式。7型號線性范圍/m線圈外徑/mm分辨力/m線性誤差（%）使用溫度/CCZF1-1000 1000 7 1 3 -15+80 CZF1-30003000 1533 -15+80CZF1-5000500028 5 3 -15+80 分析上表請得出結(jié)論： 線圈外徑與測量范圍及分辨力之間有何關(guān)系？ 線圈外徑

5、越大，測量范圍就越大，但分辨力就越差，靈敏度也降低。8大直徑電渦流探雷器 10 測量厚度時(shí)，激勵(lì)頻率應(yīng)選得較低。頻率太高，貫穿深度小于被測厚度，不利于進(jìn)行厚度測量，通常選激勵(lì)頻率為1kHz左右。 12調(diào)頻電路調(diào)頻法是以LC振蕩回路的頻率作為輸出量。當(dāng)金屬板至傳感器之間的距離發(fā)生變化時(shí)，將引起線圈電感的變化，從而使振蕩器的頻率發(fā)生變化，再通過鑒頻器進(jìn)行頻率電壓轉(zhuǎn)換，即可得到與 成比例的輸出電壓。14應(yīng)用1. 位移測量主要用途之一，凡是可以變成位移量的參數(shù)，都可用電渦流式傳感器來測量。如：氣輪機(jī)主軸的竄動(dòng)，金屬材料的熱膨脹系數(shù)，鋼水液位，流體壓力等。日本用電渦流傳感器成功完成了北海道高速鐵路的鐵軌

6、位移檢測。2. 轉(zhuǎn)速測量在旋轉(zhuǎn)體上加裝一個(gè)槽狀或齒狀（槽數(shù)或齒數(shù)為n）金屬體，旁邊安裝一個(gè)電渦流傳感器，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電渦流傳感器將周期地改變輸出信號，由頻率計(jì)數(shù)，求出轉(zhuǎn)速：3. 電渦流探傷可以檢查金屬表面裂紋、熱處理裂紋、焊接處的質(zhì)量探傷等。統(tǒng)稱探傷。探傷時(shí)傳感器與被測導(dǎo)體保持距離不變，由于裂紋出現(xiàn)，將引起導(dǎo)體電阻率、磁導(dǎo)率變化，也可以說是裂紋處位移變化，即渦流損耗改變，從而引起輸出電壓變化。15高頻反射式渦流厚度傳感器16渦流軸心軌跡測量17渦流振動(dòng)測量渦流轉(zhuǎn)速測量18利用渦電流傳感器測量物體位移時(shí)，如果被測物體是塑料材料，此時(shí)能否進(jìn)行位移測量？為了能對物體進(jìn)行位移測量應(yīng)采取什么措施。思 考20電渦流