第7章机械量的测量.ppt

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Name:Ares
Date:16Feb
2021

电涡流式传感器属于电感式传感器的一种,是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化,从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。
(一)工作原理
一个扁平线圈置于金属导体附近,当线圈中通有交变电流I1时,线圈周围就产生一个交变磁场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与H1方向相反,抵消部分原磁场,使通电线圈的有效阻抗发生变化。
一般讲,线圈的阻抗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,而其余参恒定不变,则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。如其他参数不变,阻抗的变化就可以反映线圈到被测金属导体间的距离大小变化。

这种传感器的结构很简单,主要由一个固定在框架上的扁平线圈组成。线圈可以粘贴在框架的端部,也可以绕在框架端部的槽内。图为某种型号的高频反射式电涡流传感器。
高频反射式电涡流传感器
(二)结构及特性
探头端部装有高度密封的、发射高频信号的线圈。由于被测物体的端部(一般为转动机器的轴)距离线圈很近,仅有几mm,线圈通电后产生一个高频磁场,轴的表面在磁场的作用下产生涡流电流。同样,涡流电流也会产生磁场,其场强大小与距离有关,该场强抵消由线圈产生的磁场强度,影响检测线圈的等效阻抗,而等效阻抗与线圈电感量有关,因此就测得位移量。
涡流检测探头
高频反射式测量位移原理:涡流的大小与金属板的电阻率ρ、磁导率μ、厚度h,金属板与线圈的距离δ,激励电流角频率ω等参数有关。若改变其中某二参数,而固定其他参数不变,就可根据涡流的变化测量该参数。
注意:被测物体的物理性质、尺寸都与总的测量装置特性有关。一般来说,被测物的电导率越高,传感器的灵敏度也越高。,否则灵敏度要降低。
由于低频磁场集肤效应小,渗透深,当低频(音频范围)电压e1加到线圈ω1的两端后,所产生磁力线的一部分透过金属板材料G,使线圈ω2产生感应电动势e2。但由于涡流消耗部分磁场能量,感应电动势e2减少,当金属板材料G越厚时,损耗的能量越大,输出电动势e2越小。因此,e2的大小与G的厚度及材料的性质有关,试验表明,e2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e2的变化即可测量其厚度。

1电桥电路
电桥法测量电路原理图
(三)测量电路
根据传感器线圈与被测导体间的距离x的变化可以转换为品质因数Q、阻抗Z、线圈电感L三个参数的变化。
电桥法是将传感器线圈的阻抗变化转化为电压或电流的变化。图中线圈A和B为传感器线圈。传感器线圈的阻抗作为电桥的桥臂,起始状态,使电桥平衡。在进行测量时,由于传感器线圈的阻抗发生变化,使电桥失去平衡,将电桥不平衡造成的输出信号进行放大并检波,就可得到与被测量成正比的输出。电桥法主要用于两个电涡流线圈组成的差动式传感器。