* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 6.3 电涡流式传感器 由法拉第电磁感应原理可知:一个块状金属导 体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力 线运动时,导体内部会产生一圈圈闭和的电流, 这种电流叫电涡流,这种现象叫做电涡流效应。 根据电涡流效应制作的传感器称电涡流传感器; 电涡流传感器能够对被测量进行非接触测量; 形成电涡流必须具备两个条件: ① 存在交变磁场 ② 导电体处于交变磁场中 第6章 电感式传感器 6. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 工作原理 把一个扁平线圈置于金属导体附近,当线圈中通以交变电流I1时,线圈周围空间产生交变磁场H1,当金属导体靠近交变磁场中时,导体内部就会产生涡流I2,这个涡流同样产生反抗H1的交变磁场H2 。 第6章 电感式传感器 4. 3 电涡流式传感 max.book118.com 等效电路分析 根据涡流的分布,可以把涡流所在范围近似看成一个单匝短路次级线圈。当线圈靠近金属导体时,次级线圈通过互感 M 对初级作用。 第4章? 电感式传感器 等效电路的两个回路方程(基尔霍夫第二定律): 4. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 等效电路分析 等效电感为: 第4章? 电感式传感器 解方程得到传感器的等效阻抗 等效电阻为: 4. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 等效电路分析 结论: 凡是能引起 R2、L2 、 M变化 的物理量均可以引起传 感器线圈R1 、 L1的变化。 第4章? 电感式传感器 R2 L2 M L1 R1 X ω μ ρ d 6. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 等效电路分析 结论: 被测体(金属)的电阻率ρ、导磁率μ、厚度d、 线圈与被测体间的距离X、激励线圈的角频率ω等都通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗Z发生关系。 ρ 、μ、d、X、ω的变化使R1、L1发生变化, 若控制某些参数不变,只改变其中一个参数, 可使阻抗 Z 成为这个参数的单值函数。 第6章 电感式传感器 等效阻抗与这些参数有函数关系: 6. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 涡流的分布和强度 涡流的分布: 因为金属存在趋肤效应,电涡流只存在于金属导体的表面薄层内,存在一个涡流区,实际上涡流的分布是不均匀的。涡流区内各处的涡流密度不同,存在径向分布和轴向分布。 第6章 电感式传感器 金属 扁平线圈 涡流区 r/ros 1 h ros j 6. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 涡流的分布和强度 径向分布: 涡流范围与涡流线圈外径有一固定比例关系, 线圈外径确定后涡流范围也就确定了。 线圈外径处,r = ros 金属涡流密度最大; 线圈中心处,r = 0 涡流密度为零(j=0); r 0.4ros处(以内)基本没有涡流; r = 1.8ros线圈外径处涡流密度衰减到最大值的5%。 涡流密度最大值在线圈外径附近一个狭窄区域内 第6章 电感式传感器 6. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 涡流的分布和强度 第6章 电感式传感器 轴向分布: 由于趋肤效应涡流只在表面薄层存在,沿磁场H方向(轴向)也是分布不均匀的。 jz jo/e h z jo h --- 趋肤深度 --- 金属表面涡流密度 距离金属表面Z处涡流按指数规律衰减: 6. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 涡流的分布和强度 强度:当线圈与被测体距离改变时,电涡流密度 发生变化强度也要变化。金属导体表面的电涡流强 度I2 与距离X是非线性关系,随 x/r上升而下降。 第6章 电感式传感器 I2只有在x/r 1才能有较好线性和灵敏度。 X/ros I2/I1 1.0 1 2 3 4 6. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 测量电路 第6章 电感式传感器 ①调幅式 L为电涡流线圈 L~x → U~ x 6. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 测量电路 第6章 电感式传感器 ②调频式 调频法是以LC振谐回路的频率作为输出量,直 用频率计测量;或通过测量LC回路等效电感L, 间接测量频率变化量。 6. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 电涡流传感器的应用 电涡流传感器目前主要应用于测位移、振动、 转速、测厚度、测材料、测温度、电涡流探伤。 特点:做非接触式测量。 应用 (1)测厚 :低频透射式涡流厚度传感器 高频反射式涡流厚度传感器 (2)测转速 (3)测振动 (4)电涡流探伤 第6章 电感式传感器 6. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 电涡流传感器的应用 电涡流传感器 第6章 电感式传感器 6. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 电涡流传感器的应用 低频透射式涡流厚度传感器 第6章 电感式传感器 6. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 电涡流传感器的应用 高频反射式涡流厚度传感器 第6章 电感式传感器 6. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 电涡流传感器的应用 电涡流金属板、带材厚度测量 第6章 电感式传感器 6. 3 电涡流式传感器 max.book118.com 电涡流传感器的应用 涡流非导电材料厚度测量 涡流轴心轨迹测量 第6章 电感式传感器 6. 3 电涡流式传感 max.book118.com 电涡流传感器的应用 涡流转速测量 涡流振动测量 第6章 电感式传感器 6. 3 电涡流式传感 max.book118.com 电涡流传感器的应用 第6章 电感式传感器 本章要点: 变磁阻式传感器(自感式)工作原理、测 量电路(转换电路); 差动变压器式传感器(互感式)工作原理、 等效电路及测量电路; 零点残余电压的影响和补偿; 电涡流传感器的工作原理及应用. 第6章 电感式传感器 本章要点: 差动变压器做位移测量可得到比例于机械位移的交 流电压; 关于磁场、磁通、磁性体; 差动变压器的应用例—差压传感器、位移传感器、 流量传感器; 电涡流传感器:交流线圈接近金属物体时,金属物 上产生“涡流”,线圈越近,涡流越大; 电涡流传感器的应用—薄膜厚度测量、金属表面探 伤、工件间距离测定、钢水液面测量。 第6章 电感式传感器 * * * * * * * * * * 6.1 变磁阻式电感传感器 6.2 差动变压器式电感传感器 6.3 电涡流式传感器 第6章 电感式传感器 概述 电感式传感器是一种机电转换装置, 特别是在自动控制设备中广泛应用。 电感式传感器利用电磁感应定律将被测 非电量(如位移、压力、流量、振动) 转换为电感或互感的变化。 按传感器结构可分为: 自感式 互感式
第6章电感式传感器.ppt
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