电涡流式传感器
电涡流传感器结构
电涡流传感器结构电涡流传感器是一种常用的非接触式传感器，它利用电涡流效应来测量物体的位置、速度和形状等参数。
本文将从电涡流传感器的结构、工作原理和应用领域等方面进行详细介绍。
一、电涡流传感器的结构电涡流传感器的主要部件包括传感器头、激励线圈、接收线圈和信号处理电路等。
1. 传感器头：传感器头是电涡流传感器的核心部件，它通常由铜或铝制成。
传感器头的外形多为圆柱形，底部设置了一个槽口，用于安装激励和接收线圈。
2. 激励线圈：激励线圈通过通电产生交变磁场，激励物体产生电涡流。
激励线圈通常由多层绕组构成，以增强磁场的强度和稳定性。
3. 接收线圈：接收线圈用于检测物体产生的电涡流，并将其转化为电信号。
接收线圈通常与激励线圈相互独立，但它们之间的距离很近，以提高传感器的灵敏度和响应速度。
4. 信号处理电路：信号处理电路对接收到的电信号进行放大、滤波和解调等处理，以获得准确的测量结果。
信号处理电路通常由模拟电路和数字电路组成，可以根据不同的应用需求进行设计。
二、电涡流传感器的工作原理电涡流传感器的工作原理基于电磁感应和电涡流效应。
当激励线圈通电时，会在传感器头附近产生一个交变磁场。
当传感器头靠近导电物体时，物体内部会感应出一个感应电流，即电涡流。
这个电涡流的方向和大小与物体的导电性、形状和相对速度等因素有关。
接收线圈检测到电涡流的变化，并将其转化为电信号。
信号处理电路对接收到的电信号进行处理，得到物体的位置、速度和形状等参数。
三、电涡流传感器的应用领域电涡流传感器广泛应用于工业自动化、航空航天、汽车制造、医疗设备等领域。
1. 位移测量：电涡流传感器可用于测量物体的位移，如测量机械零件的偏心量、轴向位移等。
2. 速度测量：电涡流传感器可以测量物体的速度，如测量转子的转速、涡轮的叶片速度等。
3. 形状测量：电涡流传感器可以测量物体的形状，如测量管道的弯曲程度、板材的变形等。
4. 材料检测：电涡流传感器可以用于检测材料的导电性和缺陷，如检测金属管道的腐蚀程度、焊接接头的质量等。
电涡流传感器详解
电涡流传感器详解电涡流传感器详解一、电涡流传感器的基本类型分为高频反射式电涡流传感器和低频透射式电涡流传感器。
激励频率的选择原则为：待测导体的厚度大，应选择较低的激励频率以保证线性度，反之则使用较高激励频率以提高灵敏度。
二、电涡流传感器的典型应用电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。
对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。
胀差测量斜坡式胀差测量补偿式胀差测量双斜面胀差测量振动测量轴位移测量轴心轨迹测量差动测量动力膨胀转子动平径向运动分析转速和相位差测试转速测量表面不平整度测量裂痕测量非导电材料厚度测量金属元件合格检测轴承测量换向片测量1、相对振动测量测量径向振动，可以由它分析轴承的工作状态，还可以看到分析转子的不平衡，不对中等机械故障。
电涡流传感器系统可以提供对于下列关键或是基础机械状态监测所需要的信息：●工业透平，蒸汽/燃气●压缩机，径向/轴向●膨胀机●动力发电透平，蒸汽/燃气/水利●发动马达●发动机●励磁机●齿轮箱●泵●风箱●鼓风机●往复式机械（1）相对振动测量（小型机械）振动测量同样可以用于对一般性的小型机械进行连续监测。
电涡流传感器系统可为如下各种机械故障的早期判别提供重要信息：●轴的同步振动●油膜失稳●转子摩擦●部件松动●轴承套筒松动●压缩机踹振●滚动部件轴承失效●径向预载，内部/外部包括不对中●轴承巴氏合金磨损●轴承间隙过大，径向/轴向●平衡（阻气）活塞●联轴器“锁死”磨损/失效●轴裂纹●轴弯曲●齿轮咬合问题●电动马达空气间隙不匀●叶轮通过现象●透平叶片通道共振（2）偏心测量偏心是在低转速的情况下，电涡流传感器系统可对轴弯曲的程度进行测量，这些弯曲可由下列情况引起：●原有的机械弯曲●临时温升导致的弯曲●重力弯曲●外力造成的弯曲偏心的测量，对于评价旋转机械全面的机械状态，是非常重要的。
传感器6(2)电涡流式
等效电感为： 等效Q值为：
电涡流式传感器
由于涡流的影响，线圈阻抗的实数部分增大，虚数部分减 小，因此线圈的品质因数Q下降。阻抗变为Z，常称其 变化部分为“反射阻抗”。
式中 Q0 L1 / R1 ——无涡流影响时线圈的Q值； 2 Z 2 R2 2 L2 ——短路环的阻抗。 2 Q值的下降是由于涡流损耗所引起，并与金属材料的导电性和 距离直接有关。当金属导体是磁性材料时，影响Q值的还有 磁滞损耗与磁性材料对等效电感的作用。在这种情况下，线 圈与磁性材料所构成磁路的等效磁导率的变化将影响L。
2
形成涡流条件
存在交变磁场
导电体处于交 变磁场中
电涡流式传感器
6.3.1.2 高频反射电涡流式传感器的工作原理
传感线圈由高频电压激励，产生 高频交变磁场 ， i在被测体平 i 面上产生电涡流 ie 。根据电磁感 应定律，电涡流对 i起去磁作 用，以阻止其变化。图中 表示 e 由电涡流 ie产生的磁场，因而与 M i 反向。显然传感器线圈与被 测体之间的距离d越小，电涡流 效应越强，从而把非电量d转换 为电量，以实现位移量的测量。
E
通过解方程组，可得I1、I2。
电涡流式传感器
解方程得到传感器的等效阻抗
2M 2 2M 2 Z R1 R2 2 j L1 L2 2 2 2 R2 (L2 ) R2 (L2 )
等效电阻为：
2M 2 R R1 R2 2 2 R2 2 L2
6.3.3 电涡流式传感器的应用
电涡流式传感器
电涡流式传感器
电涡流传感器
电涡流式传感器
• 高频反射式涡流厚度传感器
电涡流式传感器
电涡流式传感器
基本概念
➢ 电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。 ➢ 涡流效应：金属导体置于变化的磁场中，在金属导体内会产生感
应电流—涡电流，这种电流在金属体内是闭合的。 ➢ 形成涡电流的两个条件：
①有交变磁场；②导电体位于交变磁场中。 ➢ 涡流传感器主要由产生交变磁场的通电线圈和置于线圈附近的金
因此可制成位移传感器、探伤检测仪、测厚仪等。
1.2 简化模型及等效电路
为了分析方便，将电
涡流式传感器模型简化为
如图3.21所示。
ras
模型中把在被测金属
导体上形成的电涡流等效
成一个短路环中的电流。
其中h由以下公式求得：
3 12
ra ri
x
h ( )1 2 0 r f
(μrρ)
h
图 3.21 电涡流式传感器简化模型
定性分析：
如图3-20，扁平线圈置于金属体附近，
当线圈中通有高频交变电流 I1 时，线圈周 围就产生交变磁场H1。置于这一磁场中的 金属导体就产生电涡流 I2，电涡流也将产 生一个新磁场H2，H2的方向总是与H1的变 化方向相反（即H2总是抵抗原磁场H1 的 变化）。由于H2的作用，且电涡流的产生 必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场 的线圈阻抗发生变化△Z。
线圈
H1
被测导体
·
· I·1 U1
L1
I·2
L2
图3-22 涡流作用原理及等效电路
图4.3.1 电涡流传感器原理图
图4.3.2 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
第六讲-电涡流传感器
值的变化。所以凡是能引起电涡流变化的非电量，均
可通过测量线圈的等效电阻R、等效电感L、等效阻抗 Z及等效品质因数Q来测量。
三、等效阻抗分析
R
M
R1
I1 U1 L1
I 2
L2
传感器线圈的等效阻抗为：
.
Z
U1
.
I
R
2M 2
R12 L12
R1
导体材料确定之后，可以改变励磁电源频率来改 变轴向贯穿深度。电阻率大的材料应选用较高的励磁 频率，电阻率小的材料应选用较低的励磁频率。从而 保证在测量不同材料时能得到较好的线性和灵敏度。
2、电涡流的径向形成范围
线圈电流所产生的磁场不能涉及到无限大的范围，电涡流 密度也有一定的径向形成范围。在线圈轴线附近,涡流的密度 非常小，愈靠近线圈的外径处，涡流的密度愈大，而在等于线 圈外径1.8倍处,涡流将衰减到最大值的5％。为了充分利用涡 流效应，被测金属导体的横向尺寸应大于线圈外径的1.8倍； 而当被测物体为圆柱体时，它的直径应大于线圈外径的3.5倍。
此时磁场能量受到损耗, 到达L2的磁通将减弱为 , 1 从而使L2产生的感应电压U2下降。金属板越厚, 涡流损失 就越大, U2电压就越小。因此, 可根据U2电压的大小得知 被测金属板的厚度, 透射式涡流厚度传感器检测范围可达 1～100mm, 分辨率为0.1μm, 线性度为 1%。
五、电涡流传感器的测量电路
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
六、电涡流传感器的使用注意事项
1、电涡流轴向贯穿深度的影响
涡流在金属导体中的轴向分布是按指数规律衰减的
简述电涡流传感器的工作原理
简述电涡流传感器的工作原理一、引言电涡流传感器是一种常用的非接触式测量仪器，具有高精度、高灵敏度、快速响应等优点，广泛应用于机械加工、汽车制造、航空航天等领域。
本文将从电涡流传感器的基本原理、结构组成和工作特点三个方面进行详细介绍。
二、基本原理电涡流传感器的测量原理是利用交变磁场作用在导体中产生涡流，根据涡流的大小和相位差来判断被测物体的状态。
当导体与磁场相对运动时，磁通量会发生变化，导致导体中产生涡流，并且涡流会产生反向磁场，从而抵消外部磁场。
因此，当被测物体移动或发生形变时，导体与磁场之间的距离或相对位置发生变化，进而影响到反向磁场的大小和相位差，最终通过电路输出信号。
三、结构组成电涡流传感器主要由控制系统、激励线圈、检测线圈和信号处理单元四个部分组成。
其中控制系统包括供电和控制电路，激励线圈用来产生交变磁场，检测线圈用来检测涡流信号，信号处理单元用来对检测到的信号进行放大、滤波、调理和输出等处理。
四、工作特点电涡流传感器具有以下几个特点：1. 非接触式测量：涡流传感器不需要与被测物体接触，避免了机械磨损和污染等问题。
2. 高精度：涡流传感器的分辨率可以达到亚微米级别，适合于高精度测量。
3. 快速响应：涡流传感器的响应时间可以达到毫秒级别，适合于高速运动物体的实时监测。
4. 范围广泛：涡流传感器可以对金属、非金属等各种材料进行测量，适用范围广泛。
五、总结综上所述，电涡流传感器是一种基于电磁原理的非接触式测量仪器，具有高精度、快速响应等优点，在机械加工、汽车制造、航空航天等领域得到广泛应用。
了解其基本原理、结构组成和工作特点，有助于我们更好地理解和应用电涡流传感器。
第4章6电涡流传感器
2. 低频透射式电涡流传感器
发射线圈 L1 和接收线圈 L2 分置于被测金属板 的上下方。由于低频磁场集肤效应小，渗透深， 当低频电压 u1 加到线圈 L1 的两端后，所产生磁 力线的一部分透过金属板,使线圈 L2产生感应电 动势 u2 。但由于涡流消耗部分磁场能量，使感 应电动势u2减少。
u2的大小与金属板的厚度及材料的性质有关， 试验表明u2随材料厚度h的增加按负指数规律减 少,因此，若金属板材料的性质一定，则利用u2
电涡流将产生交变磁场H2，其方向与激励磁
场方向相反，由于磁场H2的反作用使导电 线圈的有效阻抗(电感)发生变化。
电涡流传感器的等效电路
把被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环中 的电流，短路环可以认为是一匝短路线圈，其电 阻为R1、电感为L1。这样线圈与被测导体便可等 效为两个相互耦合的线圈。线圈与导体间存在一 个互感M，它随线圈与导体间距x的减小而增大。
高频反射式涡流传感器多用于位移测量。
CZF1型涡流传感器 主要由一个安置在框架上的扁平圆形线圈构成。此 线圈可以粘贴于框架上，或在框架上开一条槽沟，将导 线绕在槽内。
1
2 3 4
1 线圈 2 框架 3 衬套 4 支架 5 电缆 6 插头
5
6
～
M
Φｉ
Φe
dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ie 电涡流传感器原理图
高频反射式电涡流传感器工作原理： 当被测金属物体与传感器间的距离d 改变时， 传感器的Q 值和等效阻抗Z、电感L 均发生变化， 于是把位移量转换成电量。这便是电涡流传感器 的基本原理。 可以测量位移、或作为接近开关。
2、生产线工件的计数
3、机械手的限位
作业
教材第78页，17题
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。
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第四章电涡流式传感器
教学要求
1．了解电涡流效应和等效阻抗分析。
2．熟悉电涡流探头结构和被测体材料、形状和大小对灵敏度的影响。
3．熟悉电涡流式传感器的测量转换电路。
4．掌握电涡流式传感器的应用。
5．掌握接近开关的分类和特点。
教学手段多媒体课件、各种电涡流传感器演示
教学课时3学时
教学内容：
第一节电涡流传感器工作原理
一、电涡流效应（演示）
从金属探测器的探测过程导出电涡流传感器的电涡流效应。
从金属探测器的结构来说明图4-1电涡流传感器工作原理。
二、等效阻抗分析
图4-1中的电感线圈称为电涡流线圈。
分析它的等效电路：一个电阻R和一个电感L
串联的回路。
电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表达式（分析其实际价值）Z=R+jωL=f（i1、f、μ、σ、r、x）（4-1）结论：电涡流线圈的阻抗与μ、σ、r、x之间的关系均是非线性关系，解决方法：必须由微机进行线性化纠正。
第二节电涡流传感器结构及特性
一、电涡流探头结构（实物演示）
电涡流传感器的传感元件是一只线圈，俗称为电涡流探头。
线圈结构：用多股较细的绞扭漆包线（能提高Q值）绕制而成，置于探头的端部，外部用聚四氟乙烯等高品质因数塑料密封，（图4-2）。
CZF-1系列电涡流探头的性能：
表4-1 CZF-1系列传感器的性能
提问：请同学由上表分析得出结论：探头的直径越大，测量范围就越大，但分辨力就越差，灵敏度也降低。
二、被测体材料、形状和大小对灵敏度的影响
线圈阻抗变化与哪些因素有关：金属导体的电导率、磁导率等。
第三节测量转换电路
（简单介绍调幅式和调频式测量转换电路。
）
一、调幅式电路
调幅式：以输出高频信号的幅度来反映电涡流探头与被测金属导体之间的关系。
图4-3：高频调幅式电路的原理框图。
영。