电涡流式传感器资料

振荡器的频率为
f
1
2 L(x)C
为了避免输出电缆的分布电容的影响，通常将L、C装在传感器
内。 此时电缆分布电容并联在大电容C2、C3上，因而对振荡频 率f的影响将大大减小。
（2）调幅式电路
由传感器线圈L、电容器C和石英晶体组成的石英晶体振荡 电路如图4-29所示。石英晶体振荡器起恒流源的作用，给谐振 回路提供一个频率（f0）稳定的激励电流io，LC
（4）转速测量
N f 60 n
f——频率值(Hz)； n——旋转体的槽(齿)数； N——被测轴的转速(r／min)。
➢电涡流式转速传感器
在软磁材料制成的输入轴上加工一个或多个键
槽或做成齿状，在距输入表面d0处安装一个电涡流
式传感器，输入轴与被测旋转轴相连。
➢工程应用
➢ 转速测量，对于所有旋转机械而言，都需要监 测旋转机械轴的转速，转速是衡量机器正常运转 的一个重要指标。
由于电涡流式传感器是利用传感器线圈与被 测导体之间的电磁耦合进行的，因而作为传感器 的线圈装置仅仅是“实际传感器”的一半，而另 一 半则是被测导体。所以，被测导体的材料物理性 质、尺寸和形状等都与传感器的特性密切相关。
高频反射式涡流厚度传感器：还可用于测量金属
板厚度和非金属板的镀层厚度。
（2）低频透射式电涡流传感器
发射线圈L1和接受线圈L2分别位于被测材料的上 下方。由振荡器产生的音频电压u加到L1的两端后， 线圈中即流过一个同频的交变电流，并在其周围产 生一交变磁场。如果两线圈间不存在被测材料，L1 的磁场就能直接贯穿L2，则L2的两端会产生一交变 电势E。
这种低频透射式电涡流传感器多用于测定材料 厚度。
透射式涡流传感器原理
在旋转体上开一条槽，旁边安装一个电涡流式传感 器，当被测旋转轴转动时，传感器周期地改变与转轴之间 的距离，于是它的输出也周期性地发生变化，监测系统可 以监测到这种信号，从而测出转轴的转速。
1. 电涡流式传感器的工作原理
高频电压U1施加于传感器线圈，产生 交变电流I1，由于电流的周期性变化，在 线圈周围就产生一个交变磁场H1。
如果在这一交变磁场的有效范围内， 没有被测金属物体靠近，则这一磁场能量 会全部损失，
当有被测金属导体靠近这一磁场，则 在此金属导体表面就会产生感应电流I2， 该电流在金属导体内是完全闭合的，称为 电涡流.
3.3 电涡流式传感器
思考： 电涡流式传感器是一种建立在什么基础上的传感器呢？
要理解的几个概念
➢电涡流
当通过金属导体中的磁通量发生变化时，就会在导体 中产生感应电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就 是所谓的电涡流。
➢电涡流效应
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，这一物理现象称为电涡流效应。
（2）振幅测量
(a)汽轮机和空气压缩机常用的监控主轴的径向振动的示意图 (b)测量发动机涡轮叶片的振幅的示意图 (c) 通常使用数个传感器探头并排地安置在轴附近
（3）厚度测量
电涡流式厚度计的测量原理图
➢ 穿透式测厚度，测量带材厚度；
在被测金属板的上方设有发射传感器线圈，在 被测金属板下方设有接收传感器线圈，金属板通过 会产生电涡流，金属板越厚，涡流损失就越大，电 压就越小，监测系统可以监测到这种电压信号，就 可确定被测金属板的厚度。
由电磁理论可知，金属板表面感应的电涡流也将产生一个 新的磁场 H2，与 H1的方向相反，由于磁场H2的反作用使通 电线圈的等效阻抗发生了变化。
2. 电涡流传感器测量电路
用于电涡流式传感器的测量电路主要有调频式、 调幅式测
量电路两种。 （1）调频式电路
振
C
荡
L
器
xቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
频 率计 f-V
R1 R2 C1
R3 V1 C2
r——导体相对磁导率；
ƒ ——交变磁场频率(Hz)。
根据激励频率高低，可以分为高频反射式和低频 透射式两大类。
（1）高频反射式电涡流传感器
高频反射式电涡流式传感器的结构比较简单， 主要由一个安装在框架上的 扁平圆形线圈构成。
1——线圈 2——框架 3——框架衬套 4——支架 5——电缆 6——插头
Uo io f (Z )
式中, Z为LC回路的阻抗。
R io
L
放大 Uo
C
检波
指示
调幅式测量电路示意图
当金属导体远离或去掉时，LC并联谐振回路谐振频率即为 石英振荡频率fo，回路呈现的阻抗最大， 谐振回路上的输出电
压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感L发
生变化，导致回路失谐，从而使输出电压降低，L的数值随距离 x的变化而变化。因此，输出电压也随x而变化。输出电压经放 大、 检波后， 由指示仪表直接显示出x的大小。
（1） 非接触测量，连续测 量
（（21）） 受非剩接磁触的测影量响，。连续测 量；
（2） 对温度变化进行补偿 （1） 非接触测量，连续测 量；
（2） 受剩磁和材质影响 可以定量测量
（1）位移测量
(a) 汽轮机主轴的轴向位移测量示意图 (b) 磨床换向阀、先导阀的位移测量示意图 (c) 金属试件的热膨胀系数测量示意图
除此之外， 交流电桥也是常用的测量电路。
3. 电涡流式传感器的类型
涡流的大小与导体电阻率、磁导率、厚度、线圈与导 体的距离及线圈的激磁电流频率等参数有关。磁场变化频 率越高，涡流的集肤效应越显著，即涡流的穿透深度越小。
穿透深度 h 5030 (cm) r f
式中, ρ——导体电阻率(Ω·cm)；
R4 C3
C4R5
C6 V2 C5
R6
L1
Vcc
f
电 压表
L(x) C
(a)
调频式测量电路
(b)
(a) 测量电路框图； (b) 振荡电路
传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与被测导体距离x改 变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率的 变化，该变化的频率是距离x的函数，即f=L(x), 该频率可由数字 频率计直接测量，或者通过f-V变换，用数字电压表测量对应的 电压。
线圈感应电势与厚度关系曲线
测厚的依据: E的大小间接反映了M的厚度t
➢电涡流式传感器外形 电涡流探头 位移振动传 压力（液位） 感器 变送器
➢电涡流式传感器结构
4.电涡流式传感器的应用
被测参数
位移、厚度、振动
表面温度、电解质 浓度 材质判别、速度（ 温度） 应力、硬度
探伤
变换量
x
x, ,
特征