4 电涡流传感器
电涡流传感器 参数
电涡流传感器参数
电涡流传感器是一种非接触式传感器，常用于测量金属表面的位移、振动、厚度和导电性材料的缺陷检测。
它的工作原理是利用感应电流产生的涡流来检测金属表面的变化。
以下是电涡流传感器的一些参数：
1. 灵敏度，电涡流传感器的灵敏度是指其对于被测量物理量的响应程度。
通常以单位输入量引起的输出变化来衡量。
2. 频率范围，电涡流传感器的工作频率范围通常是指其能够有效地检测到变化的频率范围。
这个参数对于不同应用场景的选择非常重要。
3. 分辨率，电涡流传感器的分辨率是指其能够检测到的最小变化量。
通常以输入信号的最小变化引起的输出变化来衡量。
4. 线性度，电涡流传感器的线性度是指其输出信号与输入信号之间的线性关系程度。
较高的线性度意味着传感器输出信号与输入信号呈线性关系，便于数据处理和分析。
5. 工作温度范围，电涡流传感器的工作温度范围是指其能够正常工作的温度范围。
这个参数对于在不同环境条件下的应用非常重要。
6. 响应时间，电涡流传感器的响应时间是指其从接收到输入信号到产生输出信号的时间间隔，通常以毫秒或微秒计算。
7. 线圈尺寸，电涡流传感器的线圈尺寸对于其适用范围和测量精度有很大影响。
不同尺寸的线圈适用于不同大小或形状的被测金属表面。
以上是电涡流传感器的一些参数，这些参数将影响传感器的适用场景、测量精度和性能表现，选择合适的参数对于特定的应用非常重要。
电涡流传感器实验报告
电涡流传感器实验报告电涡流传感器实验报告摘要：本实验旨在研究电涡流传感器的原理和应用。
通过实验，我们探索了电涡流传感器的工作原理、特性以及在工业领域的应用。
实验结果表明，电涡流传感器具有高灵敏度、快速响应和广泛的应用前景。
引言：电涡流传感器是一种常用的非接触式传感器，广泛应用于工业领域。
它通过感应电磁场中的涡流来检测目标物体的位置、形状、材料和表面缺陷等信息。
本实验旨在深入了解电涡流传感器的原理和特性，并通过实验验证其性能。
一、电涡流传感器的原理电涡流传感器利用法拉第电磁感应原理，当导体在变化的磁场中运动或受到变化的磁场作用时，会在其内部产生涡流。
电涡流传感器通过检测涡流的变化来获取目标物体的信息。
涡流的强度与目标物体的导电性、形状、运动速度等因素有关。
二、电涡流传感器的特性1. 高灵敏度：电涡流传感器可以检测微小的涡流变化，对目标物体的微小变化有很高的响应能力。
2. 快速响应：电涡流传感器的响应时间较短，可以实时检测目标物体的变化。
3. 非接触式：电涡流传感器无需与目标物体直接接触，减少了磨损和损坏的风险。
4. 宽频率范围：电涡流传感器可以适应不同频率范围内的磁场变化，具有较广泛的应用范围。
三、实验方法1. 实验器材：电涡流传感器、交流电源、信号发生器、示波器等。
2. 实验步骤：a. 将电涡流传感器连接到交流电源和信号发生器上。
b. 调节信号发生器的频率和幅度，观察示波器上的涡流信号变化。
c. 改变目标物体的材料、形状和距离等参数，观察涡流信号的变化。
四、实验结果与分析通过实验，我们观察到了不同频率和幅度下涡流信号的变化。
当频率较高时，涡流信号的幅度减小，响应时间变短。
当目标物体的材料为导体时，涡流信号较强；当目标物体的材料为绝缘体时，涡流信号几乎消失。
此外，目标物体的形状和距离也会对涡流信号产生影响。
五、电涡流传感器的应用电涡流传感器具有广泛的应用前景，主要应用于以下领域：1. 金属材料检测：电涡流传感器可以检测金属材料中的缺陷、裂纹和变形等问题，用于质量控制和安全检测。
简述电涡流式传感器的应用
简述电涡流式传感器的应用
电涡流式传感器是一种常用的非接触式传感器，其原理是利用电磁感应的原理来检测物体的位置、速度和形状等参数。
它由一个发射电磁场的探头和一个接收电磁场的传感器组成。
电涡流式传感器具有高精度、快速响应、无磨损等特点，因此在许多领域得到广泛应用。
以下是几个典型的应用：
1. 接触式测量：电涡流式传感器可以用于接触式测量物体的厚度、直径和形状等参数。
例如，在汽车工业中，可以使用电涡流传感器来测量制动盘的磨损程度和真圆度，以保证制动盘的性能和安全性。
2. 无损检测：电涡流式传感器可以通过扫描物体表面的电磁场变化来检测材料的缺陷、裂纹和腐蚀等问题。
在航空、航天和金属加工等行业中，电涡流式传感器被广泛用于无损检测领域。
3. 速度测量：电涡流式传感器可以用来测量物体的速度和加速度。
例如，在汽车工业中，可以使用电涡流传感器来测量车轮的转速，以调整刹车的力度和保持安全性。
4. 位置控制：电涡流式传感器可以用于物体的位置反馈控制。
例如，在机器人控制系统中，可以使用电涡流传感器来检测机器人臂的位置，以精确控制其运动。
5. 涡流制动：电涡流式传感器可以用于制动系统中的涡流制动。
通过测量转子的旋转速度和位置，可以实现刹车力的控制和调
整，提高刹车系统的稳定性和安全性。
总体而言，电涡流式传感器在工业生产、机械制造、汽车工程、航空航天等领域都有广泛的应用，为产品质量控制和生产自动化提供了重要的技术支持。
自动检测技术及应用第四章电涡流传感器
圈周围产生交变磁场Φ 。如果将线圈靠近一块金
属导体，金属导体表面就产生电涡流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，这称为趋肤效应。
交变磁场的频率f 越高，电涡流的渗透深度 就越浅，趋肤效应越严重。可以利用趋肤效应 来控制非电量的检测深度。
电涡流位移传感器的标定
在标定区域里，共设置多个测量点。首先调节千分 尺的读数为0.000mm。旋松探头夹具的调节螺母，使 探头与试件刚好接触，计算机测得探头绝对零位的输 出电压。然后旋动千分尺，使试件缓慢离开探头，每 隔设定的位移（例如0.8mm），测量电涡流传感器的 输出电压。
电涡流位移传感器的标定过程示意图
电涡流位移传感器的应用
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，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 量。 在用作定量测量时，必须采用逐点标定、 计算机线性纠正、温度补偿等措施。
圆形导线中的电缆电流趋肤效应示意图
a）直流电流时的均匀分布 b）中频电流时中心部位电密度减小 c）高频电流时，电流线趋向表面分布
二、电涡流线圈等效阻抗分析
设电涡流线圈在高频时的等效电阻为R1（大 于直流电阻），电感为L1。当有被测导体靠近 电涡流线圈时，则被测导体等效为一个短路环， 电涡流线圈L1与导体之间存在一个互感M。互 感随线圈与导体之间距离的减小而增大。
ΔUo或Δf，可以计算出与被检测物体的距离、振 动频率等参数。电涡流位移传感器属于非接触
4电涡流传感器详解
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。
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第一节
电涡流传感器工作原理
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。 2
电涡流效应演示
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电涡流的应用 ——在我们日常生活中经常可以遇到
干净、 高效的 电磁炉
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集肤效应
图4-1是电涡流传感器工作原理示意图。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）。
如果控制上式中的 i1、 f 、 、 、 r不变，电 涡流线圈的阻抗Z就成为哪个非电量的单值函数？ 属于接触式测量还是非接触式测量？
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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。激励源频率一般设定在 100kHz~1MHz。频率越低，检测深度越深。
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位移传感器的分类
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偏心和振动检测
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通过测量间隙来测量径向跳动
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测量弯曲、波动、变形
电涡流传感器 工作原理
电涡流传感器：工作原理及应用电涡流传感器是一种基于电磁感应原理的传感器，具有非接触、高灵敏度、高分辨率等特点，被广泛应用于各种工业自动化领域。
本文将详细讲解电涡流传感器的工作原理，并举例说明其在汽车行业中的应用，帮助读者更好地理解电涡流传感器的应用。
电涡流传感器的工作原理电涡流传感器基于法拉第电磁感应定律进行工作。
当一个导体置于变化的磁场中时，导体内部会产生感应电流，这种电流被称为电涡流。
电涡流传感器利用这个原理，通过测量导体周围的磁场变化来推算出导体的位移、振动、温度等参数。
电涡流传感器的应用领域电涡流传感器被广泛应用于各种工业自动化领域，如汽车、航空、能源、冶金、化工等。
在汽车行业中，电涡流传感器常被用于检测发动机气缸中的活塞位置、燃烧状况以及排气门的运动情况。
此外，电涡流传感器还可用于车辆悬挂系统及座位舒适度检测等领域。
实例分析：电涡流传感器在汽车行业中的应用在汽车行业中，电涡流传感器常被用于发动机气缸中的活塞位置检测。
其工作原理是，当发动机工作时，气缸中的活塞上下运动，引起气缸内部的磁场变化，电涡流传感器通过测量这种变化，推算出活塞的位置。
具体来说，电涡流传感器包括一个励磁线圈和一个测量线圈。
当励磁线圈通以交变的电流时，会在周围产生一个交变的磁场。
当活塞位于励磁线圈和测量线圈之间时，由于活塞的导磁性，会导致测量线圈中的磁通量发生变化。
通过测量这个变化，就能知道活塞的位置。
与其他传感器的比较电涡流传感器具有高灵敏度、高分辨率和非接触等特点，因此在某些应用中具有独特的优势。
比如在汽车活塞检测中，电涡流传感器的检测精度和稳定性就优于其他类型的传感器。
但是，电涡流传感器的缺点是受限于其工作原理，只能在某些特定的环境中使用。
例如，在高温、低温、强磁场的条件下，电涡流传感器的性能可能会受到影响。
因此，在选择传感器时，需要根据实际应用环境来选择最合适的传感器类型。
结论综上所述，电涡流传感器是一种基于电磁感应原理的传感器，具有高灵敏度、高分辨率和非接触等特点，被广泛应用于各种工业自动化领域。
电涡流式传感器工作原理
电涡流式传感器工作原理
电涡流式传感器是一种非接触式传感器，主要利用了电涡流效应来测量物体的位置、形状、速度等参数。
其工作原理如下：
1. 传感器的工作基于电磁感应原理，其中包括了物体的相对运动、时变磁场和感应电动势之间的相互作用。
2. 传感器中的探测线圈通常由薄线圈绕组构成，通过电流激励线圈产生交变磁场。
3. 当目标物体靠近传感器时，它会产生电涡流，即由于交变磁场的存在而在目标物体表面产生感应电流。
4. 感应电流的大小和方向取决于目标物体的导电性和形状，并且具有弱化交变磁场的作用。
5. 接收线圈位于激励线圈旁边，用于感应目标物体产生的电涡流。
6. 接收线圈在感应电流的作用下产生感应电动势，该电动势的大小和方向与感应电流成正比。
7. 通过测量接收线圈的感应电动势，可以推断出目标物体的位置、形状、速度等参数。
电涡流式传感器的优点是具有快速响应、高精度、非接触式测
量、无需额外装置等特点。
它可以用于工业自动化、机械加工、材料检测等领域。
电涡流传感器的原理
电涡流传感器的原理
电涡流传感器是一种常用于测量金属表面缺陷和非磁性金属材料厚度的传感器。
其原理基于电涡流的产生和检测。
电涡流是一种由导体中感应电流产生的涡流，当导体表面处于变化的磁场中时，就会产生电涡流。
利用这种现象，可以通过测量电涡流的强度和频率来获得有关被测物体的信息。
电涡流传感器通常由一个线圈和一个交流电源组成。
当电流通过线圈时，会产生一个变化的磁场。
如果将这个线圈放置在一个金属表面附近，金属表面就会感应出电涡流。
这些电涡流会改变线圈的电流，从而可以通过测量线圈的电流变化来获取金属表面的信息。
通过改变线圈的频率和幅度，可以实现对不同金属材料和不同表面缺陷的检测。
电涡流传感器可以检测金属表面的裂纹、腐蚀、氧化等缺陷，还可以测量金属材料的厚度、导电性等参数。
由于电涡流传感器无需直接接触被测物体，所以可以实现非接触式的测量，避免了对被测物体的损坏。
电涡流传感器广泛应用于航空航天、汽车制造、金属加工等领域。
在航空航天领域，电涡流传感器可以用于检测飞机表面的裂纹和腐蚀，确保飞机的安全飞行。
在汽车制造领域，电涡流传感器可以用于检测汽车发动机的缸体和活塞的表面缺陷，提高汽车的质量和性能。
在金属加工领域，电涡流传感器可以用于测量金属材料的厚度
和导电性，保证产品质量。
总的来说，电涡流传感器利用电涡流的产生和检测原理，实现了对金属表面缺陷和非磁性金属材料厚度的高精度测量。
它具有非接触式测量、高灵敏度、高精度等优点，被广泛应用于各个领域，发挥着重要作用。
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第二节
电涡流传感器结构及特性
电涡流探头外形及 调理电路前置器
交变磁场
电涡流探头内部结构
1-电涡流线圈 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 7—阈值指示灯 8—输出屏蔽电缆线 9—电缆插头
YD9800系列电涡流位移传感器特性
线圈 直径
φ/mm
壳体 螺纹 /mm
偏心和振动检测
电涡流探头
测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪
导向辊
测量冷轧板厚度
测量封口机工作间隙
电涡流探头
间隙越大， 电涡流越小
测量注塑机开合模的间隙
间距
三、转速测量
若转轴上开z 个槽(或齿)，频率计的读数 为f（单位为Hz），则转轴的转速n（单位为 r/min）的计算公式为 f
n 60
根据等效电路，可列出电路方程组为 j L I R1 I 1 1 1 j MI 2 U1 R2 I 2 j L2 I 2 j MI1 0 解此方程组可得电涡流传感器的等效阻抗为 2 2 2 2 U M M Z 1 R1 R2 2 j[ L1 L2 2 ] 2 2 2 2 I1 R2 L2 R2 L2 电涡流传感器的等效阻抗可表示为 Z R j L 等效电阻 等效电感
式中 R、L——电涡流线圈靠近被测导体时的等效电 阻和等效电感。 当被测物与电涡流线圈的间距δ减小时，电涡流线圈 与被测金属的互感量M增大，等效电感L减小，等效电 阻R增大，品质因数Q值降低：
Q=ω L/R 等效电阻上消耗的有功功率P 增大： P=I 2R
影响电涡流线圈等效阻抗的因数
电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗 Z由两部分构 成，即等效电感L和等效电阻R串联而成： Z=R+jωL=f(f、μ、σ、r、δ ) 上式中的μ、σ为金属导体的磁导率和电导率，r为表 面因子，包括粗糙度、沟痕、裂纹等。 如果控制上式中的f、μ、σ、r不变，电涡流线圈的阻 抗Z 就成为线圈与被测金属体的间距δ的单值函数，属 于非接触式测量。
调频法
传感器线圈作为组成LC 振荡器的电感元件，当传感 器的等效电感L发生变化时， 引起振荡器的振荡频率变化， 该频率可直接由数字频率计 测得，或通过频率/电压转换 后用数字电压表测量出对应 的电压。 调频电路原理图
二、调频（FM）式电路
当电涡流线圈与被测体的距离x 变小时，电涡流线 圈的电感量L 也随之变小（非磁性金属），同时引起 LC 振荡器的输出频率变高。如果希望用模拟仪表进行 显示或记录时，使用“鉴频器”，可以将 f 转换为电 压Uo 。
当被测物与电涡流线圈的间距δ减小时，电涡流线圈 与被测金属的互感量M增大，等效电感L减小，等效电 阻R增大，Q值降低。由于线圈的感抗XL的减小比R的 增大大得多，故此时流过电涡流线圈的电流i1增大。
电涡流用于其他非电量的测量
如果控制间距 δ不变，就可以用来检测与表面 电导率 σ 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μ有关的磁性特性、 表面硬度等参数。 表面温度升高，电导率σ 降低； 表面有裂纹时，电涡流减小。 检测深度的控制：电涡流线圈的激励频率一 般设定在100kHz~1MHz。频率越低，有效测量 距离越大，能够检测被测金属体内部参数的深 度也越深。
z
10T
转速传感器与齿轮的相对位置
齿轮转速测量的计算
例： 设齿数z =48，测得频率 f=120Hz， 求：该齿轮的转速n 。 解：n =60f / z=60×120÷48=7200÷48 =150r/min
1－电涡流线圈 2－被测物
传感器线圈
被测导体
工作过程：被测导体变化 电涡流变化 线圈等效阻抗变化
感应磁场变化
电涡流在日常生活中的应用——电磁炉
干净、 高效的 电磁炉
铁磁材料制作的锅具底部既有较大的磁滞损 耗,又能产生较大的电涡流,才能产生较大的热量
锅具与励磁线圈的距离增大时，电涡流减小， 产生报警信号，停止励磁。
电磁炉内部的励磁线圈
并联谐振回路的谐振频率 1 f 2π LC0
设电涡流线圈的初始电感量L=0.8mH，微调 电容C 0 =200pF， （1pF＝10-12F） 求：探头中的振荡器的初始频率f 0 。 （一般将振荡器的频率控制在几百千赫兹） 解：
f 1 2π 0.8 10 100 10
-3 -12
=560kHz
鉴频器特性曲线
设鉴频器电路的初始频率f0=1MHz， 该鉴频器的初始输出电压为多少伏？当有铝 质金属板靠近时，输出电压如何变化？
第四节
电涡流传感器的应用
一、位移测量 电涡流位移传感器的输出为模拟量，例如： 0~5V。当金属物体接近探头的感应面时，金属 表面吸取电涡流探头中的高频振荡能量，使振 荡器的输出幅度衰减或频率变化，单片机根据 ΔUo或Δf，可以计算出与被检测物体的距离、振 动频率等参数。电涡流位移传感器属于非接触 测量器件，工作时不受灰尘、油污等因素的影 响。
M8×1 M14×1.5 M16×1.5 M30×2
线性 范围 /mm
1 4 8 25
最佳安装 距离
最小 被测面
分辨力
/mm 0.5 2 4 12
/mm 15 35 70 100
/μm 1 4 8 10
5 11 25 50
探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？
电涡流线圈的直径越大，探测范围就越 大——电涡流探雷器
齐平式
电涡流位移传感器的应用
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，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 量。 在用作定量测量时，必须采用逐点标定、 计算机线性纠正、温度补偿等措施。
调幅法
jL u 0 i0 z 0 i0 1 2 LC
调幅法测量电路 当传感器接近被测金属导体时，线圈电感L发生变化，谐振回路 的等效阻抗Z将随着L的变化而变化，相应的输出电压也变化。
一、调幅（AM）式电路
石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压 （100kHz~2MHz）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 两端电压的衰减，输出电压Uo反映了金属体与电 涡流线圈的间距。
将工频50HZ交流电转变为直流电，再逆变 为中频（300HZ以上至1000HZ）电压，接到 中频炉的中频绕组两端，在绕组中产生高密度 的交变磁力线，耐高温容器里盛放的金属原料 内部产生很大的电涡流，使金属的温度升高， 甚至融化。中频炉广 泛用于有色金属的 熔炼、淬火或锻压。
中频 功率源
趋肤效应（集肤效应）
位移传感器的分类
位移测量仪
位移测量包含：
偏心、间隙、位置、 倾斜、弯曲、变形、 移动、圆度、冲击、 偏心率、冲程、宽度 等。
数显位移测量仪 探头
电涡流位移传感器用于轴向位移的监测
1—旋转设备（汽轮机） 2—主轴 3—联轴器 4—电涡流探头 5—夹紧螺母 6—发电机 7—基座
位移的标定方法
使用千分尺，逐一对照测量电路的输出电压 及数显表读数，列出对照表，存入计算机，从而 达到线性化和曲线拟合的目的。
贯穿深度：
1 f
圆形导线中的电缆电流趋肤效应示意图
a）直流电流时的均匀分布 b）中频电流时中心部位电密度减小 c）高频电流时，电流线趋向表面分布
二、电涡流线圈等效阻抗分析
设电涡流线圈在高频时的等效电阻为 R1（大于直流电阻）， 电感为L1。当有被测导体靠近电涡流线圈时，则被测导体等效为 一个短路环，电涡流线圈L1与导体之间存在一个互感M。互感随 线圈与导体之间距离的减小而增大。
2M 2 R R1 R2 2 R2 2 L2 2
2M 2 L L1 L2 2 R2 2 L2 2
电涡流线圈的等效阻抗
2 2 2 2 U1 M M Z [ R1 R2 2 ] j[ L1 L2 2 ] R j L 2 2 I R L R L 1 2 2 2 2
第四章
电涡流传感器
本章介绍电涡流效应、趋肤效应、电涡流
传感器的原理、电涡流探头结构、特性、调
幅、调频转换电路，电涡流线性位移传感器、
安检门、裂纹检测等的应用，介绍接近开关
的概念、分类、特性、结构、工作原理、特
性参数及其应用。
第一节
电涡流传感器工作原理
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，Q值降低， 流过电涡流线 圈的电流 i1 增 大。
电涡流位移传感器的静态位移标定设备
1—探头夹具 2—电涡流探头 3—标准圆片状试件 4—千分尺测杆 5—千分尺套筒 6—套筒定螺钉 7—千分尺 8—底座 9—水平调节垫脚
电涡流位移传感器的标定
在标定区域里，共设置多个测量点。首先调节千分 尺的读数为0.000mm。旋松探头夹具的调节螺母，使 探头与试件刚好接触，计算机测得探头绝对零位的输 出电压。然后旋动千分尺，使试件缓慢离开探头，每 隔设定的位移（例如0.8mm），测量电涡流传感器的 输出电压。
部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数
人的手、泥土或装满水的玻璃杯能对振荡器 的振幅产生明显的衰减吗？
定频调幅式电路的幅频曲线
0－探头与被测物间距很远时 1－非磁性金属、间距较大时 2－非磁性金属、间距较小时（Q值降低） 3－磁性金属、间距较小时（铁磁损耗较大，Q值大幅降低）
4根曲线与f0的交点决定调幅电路的输出电压
谐振电路
这种电路是把传感器线圈与电容并联组成LC并联谐振回路。
谐振频率:
f0