实验3----电涡流传感器位移特性实验
实验1 位移测量实验
实验三电涡流传感器位移测量实验一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
二、基本原理：电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。
电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体（导电体—金属涡流片）组成，如图22.1.1所示。
根据电磁感应原理，当传感器线圈（一个扁平线圈）通以交变电流I1（频率较高，一般为1MHz～2MHz）时，线圈周围空间会产生交变磁场H1，当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流I2，而I2所形成的磁通链又穿过传感器线圈，这样线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感，从而导致传感器线圈的阻抗Z发生变化。
我们可以把被测导体上形成的电涡等效成一个短路环，这样就可得到如图22.1.2的等效电路。
图22.1.1 电涡流传感器原理图图22.1.2 电涡流传感器等效电路图图中R1、L1为传感器线圈的电阻和电感。
短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R2、电感为L2。
线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的减小而增大。
根据等效电路可列出电路方程组：通过解方程组，可得I1、I2。
因此传感器线圈的复阻抗为：线圈的等效电感为：线圈的等效Q值为：式中：Q0—无涡流影响下线圈的Ｑ值，Q0＝ωＬ1／R1；Ｚ22—产生电涡流部分的阻抗，Ｚ22＝R22+ω2L22。
由式Z、L和式Ｑ可以看出，线圈与金属导体系统的阻抗Z、电感L和品质因数Ｑ值都是该系统互感系数平方的函数，而从麦克斯韦互感系数的基本公式出发，可得互感系数是线圈与金属导体间距离x(H)的非线性函数。
因此Z、L、Ｑ均是ｘ的非线性函数。
虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为"S"型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。
其实Z、L、Ｑ的变化与导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离有关。
如果控制上述参数中的一个参数改变，而其余参数不变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。
电涡流传感器位移实验报告
电涡流传感器位移实验报告电涡流传感器位移实验报告摘要：本实验旨在通过电涡流传感器测量物体的位移，并分析其原理和应用。
通过实验发现，电涡流传感器具有高灵敏度、快速响应和非接触式等特点，适用于工业自动化、机械加工和材料测试等领域。
本实验结果可为电涡流传感器的实际应用提供参考。
引言：电涡流传感器是一种利用电磁感应原理测量物体位移的传感器。
其工作原理是通过感应线圈产生的交变磁场诱发物体表面的涡流，进而测量物体位移。
电涡流传感器具有高灵敏度、快速响应和非接触式等特点，广泛应用于工业自动化、机械加工和材料测试等领域。
实验方法：本实验使用一台电涡流传感器和一块金属板进行位移测量。
首先，将金属板固定在实验台上，使其与传感器平行。
然后，将传感器的感应线圈靠近金属板表面，并连接到示波器上。
最后，通过调节传感器与金属板的距离，观察示波器上的波形变化。
实验结果：实验中，我们发现当传感器与金属板的距离逐渐减小时，示波器上的波形幅度逐渐增大。
当传感器与金属板的距离为零时，波形幅度达到最大值。
这说明传感器能够感应到金属板表面的涡流，并随着距离的减小而增强。
讨论：根据实验结果，我们可以得出结论：电涡流传感器的灵敏度与物体与传感器的距离成反比。
当物体与传感器的距离越近，感应到的涡流越强，波形幅度也越大。
这是因为当物体靠近传感器时，感应线圈产生的磁场能够更好地诱发物体表面的涡流。
电涡流传感器的应用十分广泛。
在工业自动化领域，它可以用于测量机械零件的位移和变形，以及监测设备的运行状态。
在机械加工领域，电涡流传感器可以用于检测工件的尺寸和表面质量，提高加工精度。
在材料测试领域，电涡流传感器可以用于评估材料的导电性和磁导率等特性。
然而，电涡流传感器也存在一些限制。
首先，它只适用于导电性材料的位移测量，对于非导电性材料无法工作。
其次，传感器与物体之间的距离需要保持一定范围，过大或过小都会影响测量结果。
此外，传感器的价格相对较高，对于一些应用场景来说可能不太经济实用。
电涡流式位移传感器实验报告
电涡流式位移传感器实验报告电涡流式位移传感器是一种能够测量目标物体相对于传感器的位移的设备。
它利用了电涡流效应，通过感应电磁场的变化来获取目标物体的位移信息。
电涡流效应是指当导体材料处于变化的磁场中时，会产生涡流。
这种涡流会导致导体内部的能量损耗，并产生一个反向的电磁场。
根据这个原理，电涡流式位移传感器通过测量涡流的大小和方向来确定目标物体的位移情况。
电涡流式位移传感器由传感器头和信号处理电路组成。
传感器头通常由导体线圈制成，将其安装在测量物体附近。
当目标物体发生位移时，导体线圈中的磁场也会发生变化，从而引起涡流的产生。
信号处理电路会对涡流信号进行采集和处理，最终输出位移的数值。
电涡流式位移传感器具有许多优点。
首先，它可以实时、精确地测量目标物体的位移，具有很高的测量精度。
其次，它不需要与测量目标物体直接接触，可以在非接触的情况下进行测量，避免了由于接触导致的误差和磨损。
此外，电涡流式位移传感器还具有响应速度快、抗干扰能力强等特点。
在实际应用中，电涡流式位移传感器被广泛应用于各种领域。
例如，在机械制造行业中，它可以用于测量机械零件的位移和变形，以确保机械设备的正常运行。
在航空航天领域，电涡流式位移传感器可以用于测量飞机结构的变形情况，以保证飞机的安全。
此外，它还可以应用于汽车制造、电子设备、医疗器械等领域。
然而，电涡流式位移传感器也存在一些局限性。
首先，它对目标物体的材料有一定的要求，只有导电性较好的材料才能产生涡流效应。
其次，传感器的测量范围相对较小，对于大范围的位移测量可能不适用。
此外，电涡流式位移传感器的成本较高，不适合用于一些低成本的应用场景。
电涡流式位移传感器是一种能够实时、精确地测量目标物体位移的设备。
它通过利用电涡流效应来感应目标物体的位移，并将其转化为电信号输出。
电涡流式位移传感器在各个领域有着广泛的应用，但也存在一些局限性。
随着科技的不断进步，电涡流式位移传感器将会得到更广泛的应用和发展。
2021年电涡流传感器的位移特性实验报告
试验十九电涡流传感器位移特征试验一、试验目了解电涡流传感器测量位移工作原理和特征。
二、试验仪器电涡流传感器、铁圆盘、电涡流传感器模块、测微头、直流稳压电源、数显直流电压表三、试验原理经过高频电流线圈产生磁场, 当有导电体靠近时, 因导电体涡流效应产生涡流损耗, 而涡流损耗与导电体离线圈距离相关, 所以能够进行位移测量。
四、试验内容与步骤1．按图2-1安装电涡流传感器。
图2-1传感器安装示意图2．在测微头端部装上铁质金属圆盘, 作为电涡流传感器被测体。
调整测微头, 使铁质金属圆盘平面贴到电涡流传感器探测端, 固定测微头。
图2-2 电涡流传感器接线示意图3．传感器连接按图2-2, 试验模块输出端Uo与直流电压表输入端U i相接。
直流电压表量程切换开关选择电压20V档, 模块电源用2号导线从试验台上接入+15V电源。
4．合上试验台上电源开关, 记下数显表读数, 然后每隔0.1mm读一个数, 直到输出几乎不变为止。
将结果列入表2-1。
5.依据上表数据, 画出V-X曲线, 依据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时最好工作点（即曲线线性段中点）, 试计算测量范围为1mm与3mm时灵敏度和线性度（1）由上图可得系统灵敏度: S=ΔV/ΔW=1.6825V/mm（2）由上图可得非线性误差:当x=1mm时:Y=1.6825×1-0.1647=1.5178VΔm =Y-1.46=0.0578VyFS=2.32Vδf =Δm /yFS×100%=2.49%当x=3mm时:Y=1.6825×3-0.1647=4.4828VΔm =Y-3.84=1.0428VyFS=3.84Vδf =Δm /yFS×100%=27.15%五、思索题1、电涡流传感器量程与哪些原因相关, 假如需要测量±5mm量程应怎样设计传感器？答: 量程与线性度、灵敏度、初始值都相关系。
假如需要测量±5mm量程应使传感器在这个范围内线性度最好, 灵敏度最高, 这么才能确保正确度。
实验06(电涡流传感器)实验报告
实验六-电涡流传感器实验1：电涡流传感器位移实验一、实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
二、实验原理通过交变电流的线圈产生交变磁场，当金属体处在交变磁场时，根据电磁感应原理，金属体内产生电流，该电流在金属体内自行闭合，并呈旋涡状，故称为涡流。
涡流的大小与金属导体的电阻率、导磁率、厚度、线圈激磁电流频率及线圈与金属体表面的距离ｘ等参数有关。
电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量，从而改变激磁线线圈阻抗，涡流传感器就是基于这种涡流效应制成的。
电涡流工作在非接触状态(线圈与金属体表面不接触)，当线圈与金属体表面的距离ｘ以外的所有参数一定时可以进行位移测量。
三、实验器械主机箱、电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、测微头、被测体(铁圆片)。
四、实验接线图五、实验数据记录以及数据分析实验数据如下：实验数据拟合图像如下：数据分析：由图像可知，位移-输出电压曲线的线性区域是0.4mm~4.4mm，进行正、负位移测量时的最佳工作点2.4mm处。
实验拟合直线方程为：y=1.9885x-0.8639灵敏度和非线性误差计算：测量范围为1mm时，灵敏度为1.0677（V/mm），非线性误差为20.426%测量范围为3 mm时，灵敏度为1.7738（V/mm），非线性误差为12.244%六、实验备注电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm 的量程应如何设计传感器？与被测物体的磁导率，电导率，尺寸因子，探头线圈的电流强度和频率有关。
通过调节前面五个因素的组合来达到所需要的量程。
实验2：被测体材质对电涡流传感器特性影响一、实验目的了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。
二、实验原理涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。
三、实验器械和实验1相同，另加铜和铝的被测体。
四、实验接线图和实验1相同。
五、实验数据记录以及数据分析实验数据记录如下：被测物体材料为铝时被测物体材料为铜时实验数据拟合图像如下：材料为铝，量程为1mm和3mm数据分析：由图像可知，位移-输出电压曲线的线性区域是0.1mm~1.0mm。
电涡流式传感器实验
实验报告实验课程：《传感器与检测技术》实验名称：电涡流式传感器实验一、实验目的：1、了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
2、了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。
二、基本原理：1)电涡流传感器位移实验通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。
2)被测体材质对电涡流传感器特性影响:涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。
三、需用器件与单元：电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。
四、实验步骤及数据记录：电涡流传感器位移实验1．根据图2-1安装电涡流传感器。
2．观察传感器结构，这是一个平绕线圈。
3．将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件。
如图2-2所示。
图1-1 电涡流传感器安装示意图4．在测微头端部装上铁质、铝质、铜质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。
图1-2 电涡流传感器位移实验接线图5．将实验模板输出端V o与数显单元输入端V i相接。
数显表量程切换开关选择电压20V档。
用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有＋15V的插孔中。
6．使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。
将结果列入表2-1、表2-2和表2-3。
表2-1被测体为铁圆片时的位移与输出电压数据X（mm）1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 V(v) 0.0015 0.0052 0.0519 0.149 0.253 0.363 0.478 0.594 0.713 0.828 X（mm）3.5 3.7 3.9 4.1 4.3 4.5 4.7 4.9 5.1 5.3 V(v) 0.941 1.054 1.161 1.269 1.372 1.472 1.565 1.655 1.740 1.821表2-2 被测体为铝圆片时的位移与输出电压数据表2-3 被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据7．根据表2-1数据，画出V－X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3 mm及5mm时的灵敏度和线性度，根据表2-2和表2-3分别计算量程为1mm和3mm时的灵敏度和非线性误差（线性度）。
电涡流式位移传感器实验报告
电涡流式位移传感器实验报告引言：电涡流式位移传感器是一种常用于测量物体位移的传感器。
它通过感应物体表面的涡流引起的感应电磁场变化来实现位移测量。
本实验旨在通过实验验证电涡流式位移传感器的工作原理，并探究其在位移测量中的应用。
实验目的：1. 了解电涡流式位移传感器的工作原理；2. 学习使用电涡流式位移传感器进行位移测量；3. 分析位移测量结果的准确性和稳定性。
实验仪器和材料：1. 电涡流式位移传感器；2. 示波器；3. 可调直流电源；4. 待测物体。
实验步骤：1. 将待测物体固定在实验台上，并将电涡流式位移传感器的感应头靠近物体表面；2. 连接电涡流式位移传感器和示波器，并调节示波器的参数以观察信号波形；3. 通过调节可调直流电源的电压，改变电涡流式位移传感器的工作距离，记录不同工作距离下的信号波形；4. 根据示波器上的信号波形，计算出不同工作距离下的位移值；5. 重复上述步骤，以获得多组位移测量数据。
实验结果和分析：根据实验记录的信号波形和位移测量数据，可以得出以下结论：1. 电涡流式位移传感器的工作距离与信号波形的变化呈反比关系，即工作距离越小，信号波形的振幅越大；2. 通过对信号波形的观察和分析，可以较准确地计算出位移值；3. 在一定范围内，电涡流式位移传感器的测量结果具有较高的准确性和稳定性。
实验结论：通过本实验，验证了电涡流式位移传感器的工作原理，并探究了其在位移测量中的应用。
实验结果表明，电涡流式位移传感器具有较高的测量精度和稳定性，在工业自动化控制和机械加工等领域有着广泛的应用前景。
参考文献：[1] Xie Y, Zhang H, Fu C, et al. Design and fabrication of an eddy current displacement sensor[J]. Sensors, 2018, 18(10): 3243.[2] Wei D, Zhao J, Yan Y. Design and evaluation of a noveleddy current displacement sensor for in-situ monitoring of turbine blades[J]. IEEE Sensors Journal, 2019, 19(13): 5284-5291.。
《传感器原理及应用》电涡流传感器的位移特性实验
《传感器原理及应用》电涡流传感器的位移特性实验报告1.实验功能要求了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性；了解不同的被测材料对电涡流传感器性能的影响：了解电涡流传感器在实际应用中其位移与被测体的形状和尺寸有关。
2.实验所用传感器原理基本原理：电涡流式传感器是一种建立在涡流效应源理上的传感器。
电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体(导电体一金属涡流片)组成，根据电磁感应原理，当传感器线圈(一个扁平线圈)通以交变电流(频率较高，一般为1MHz~2MHz)I₁时，线圈周围空间会产生交变磁场H₁，当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流J₂，而I₂所形成的磁通链又穿过传感器线圈，这样线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感，从而导致传感器线圈的阻抗Z发生变化。
我们可以把被测导体上形成的电涡等效成一个短路环。
图中R₁、L₁为传感器线圈的电阻和电感。
短路环钉以认为是一匝短路线圈，其电阻为R₂、电感为L₂。
线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的减小而增大。
电涡流变换器原理图3.实验电路图2 电涡流传感器安装示意图图3 电涡流传感器接线图3.实验过程1、接线：按图3-1-5示意接线，将测微头钉始位置调到0mm或者1mm，作为位移起点(也可以选择15mm左右作为位移起点，从0mm逆时针测到15mm，与从15mm顺时针测到0mm，效果相似)，调整电涡流传感器高度与电涡流检测片(大圆振动台上的小圆片)相贴时拧紧轴套紧固螺钉。
2、计数：将电压表(F/V表)量程切换开关切换到20V档，检查接线无误后扛开主、副电源(在涡流变换器输入端可接示波器观测振荡波形)，记下电压表读数，然后从0mm逆时针(此时电涡流线圈与其检测片间距为零，互感为零，M=0)调节测微头微分筒每隔0.2mm读一个数，直到输出Vo变化很小为止并记入表1.3、根据表1数据作出V-X实验曲线。
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实验三电涡流传感器位移特性实验
一、实验类型：验证性实验。
二、实验目的
掌握电涡流传感器的工作原理和测量方法以及不同被测体材质对电涡流传感器特性的影响。
三、实验内容
搭建电涡流传感器性能测试电路，用铁、铜、铝三种不同的被测体圆片进行实验并记录输出电压，绘制关系曲线并分析。
四、实验原理
电涡流式传感器由传感器线圈和金属涡流片组成，如图3-1根据法拉第定律，当传感器线圈通以正弦交变电流I1时，线圈周围空间会产生正弦交变磁场B1，可使置于此磁场中的金属涡流片产生感应涡电流I2，I2又产生新的交变磁场B2。
根据楞次定律，B2的作用将反抗原磁场B1，从而导致传感器线圈的阻抗Z发生变化。
由上可知，传感器线圈的阻抗发生变化的原因是金属涡流片的电涡流效应。
而电涡流效应又与金属涡流片的电阻率ρ、磁导率μ、厚度、温度以及线圈与导体的距离x有关。
当电涡流线圈、金属涡流片以及激励源确定后，并保持温度环境不变，则阻抗输出置于距离x有关。
另外涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的导体材料就会有不同的性能。
图3-1 电涡流传感器原理图
五、实验要求
了解差动变面积式电容传感器的原理及特性。
六、实验仪器设备
主机箱中的±15V直流稳压电源、电压表、电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、测
微头、被测体（铁、铜、铝圆片）。
七、预习要求
实验前学生必须自学有关仪器设备的使用方法及工作原理，明确实验内容及实验目的，须持实验预习报告后，方可进入实验室进行实验。
八、实验步骤
1. 在电涡流实验模板上安装电涡流传感器：调节测微头的微分筒，使微分筒的0刻度与轴套上的5mm刻度值对准。
按图3-2进行安装，首先将测微头的安装套插入安装架的安装孔内，再将被测体（铁、铜、铝圆片）套在测微头的测杆上；然后在支架上安装好电涡流传感器；最后平移测微头安装套使被测体与传感器端面相帖并拧紧测微头的紧固螺钉。
图3-2电涡流传感器安装示意图
2. 连线：首先将电涡流传感器实验模板的电源输入端与直流稳压电源的+15V和地端相连；输出端与电压表相连，电压表开关打到20V档；电涡流传感器的输出端分别与实验模板的1和2端口相连。
3、检查接线无误后开启主机箱电源，记录电压表读数并列入表3-1，然后逆时针调节测微头微分筒，每隔0.1mm读一个数，直到输出的V0变化很小时为止。
表3-1 被测体为铁片时的位移实验数据
4、依次将被测体换为铝片和铜片进行重复试验，并将数据填入表3-2和3-3中。
表3-3 被测体为铜片时的位移实验数据
5. 根据表3-1、3-2和3-3的实验数据在同一坐标上面画出V—X实验曲线进行比较。
实验完毕，关闭电源。
九、实验报告要求
1. 记录测微头移动时电压表的读数，并作出V-X曲线
2. 根据实验数据和曲线进行结果分析。