第4章电感式传感器4讲述.ppt

* 磁导率magnetic permeability表征磁介质磁性的物理量。常用符号μ表示，μ为介质的磁导率，或称绝对磁导率。μ等于磁介质中磁感应强度B与磁场强度H之比，即通常使用的是磁介质的相对磁导率μr ，其定义为磁导率μ与真空磁导率μ0之比，即μ=B/H相对磁导率μ与磁化率χ的关系是磁导率μ，相对磁导率μr和磁化率xm都是描述磁介质磁性的物理量。对于顺磁质μr＞1；对于抗磁质μr＜1，但两者的μr都与1相差无几 。在铁磁质中，B与 H 的关系是非线性的磁滞回线，μr不是常量，与H有关，其数值远大于1。例如，如果空气(非磁性材料)的磁导率是1，则铁氧体的磁导率为10，000，即当比较时，以通过磁性材料的磁通密度是10,000倍。在国际单位制（SI）中，相对磁导率μr是无量纲的纯数，磁导率μ的单位是亨利／米（H／m）。 * P=UI P=U2/R P=I2R * 并联电阻计算公式： 1/R=1/R1 +1/R2 * 等效磁导率：将线圈等效成一封闭铁心线圈，其磁导率为等效磁导率。 * 等效磁导率：将线圈等效成一封闭铁心线圈，其磁导率为等效磁导率。 * Bx － x 特性曲线 ●线圈外径r2 对轴上磁场分布范围和磁感应强度变化梯度的影响较大 线圈外径r2 越大，线性范围越大，但灵敏度越低 线圈外径r2 越小，灵敏度越高，但线性范围越小 一般取线性范围是线圈外径的1/3~1/5 Bx － x 特性曲线表明 线圈内径r1、线圈厚度b 两个参数对轴向磁感应强度的影响较小 ●线圈内径r1 的变化，只是在靠近线圈处灵敏度稍有不同 ●线圈厚度b 变化，也仅是靠近线圈处对灵敏度稍有影响 x Bx r2 r2 改变线圈的外径r2 固定r1、b, 改变r2 r1 r1 x Bx 改变线圈的内径r1 固定r2、b, 改变r1 x Bx b b 改变线圈的厚度b 固定r1、r2，改变b 实际涡流传感器线圈制作的内径r1很小、厚度b很薄 固定其中两个参数，改变其中一个参数，可得到一组特性曲线。 * 3、（被测金属导体内）涡流分布 ●涡流只存在于涡流区内 在计算涡流损耗时，把涡流当作均匀分布来处理。这是不符合实际的。 实际上涡流分布是不均匀的、涡流区内各处的涡流密度是不同的。 在涡流区内，涡流的密度也是按轴向和径向梯度分布的。 涡流区 轴向：被测金属导体的表面层（即有限的轴向深度） 径向：被测金属导体径向方向上一个有限的范围 ●涡流分布 被测金属导体内涡流分布 h B r 涡流区 轴向 被测金属导体 径向 磁 场 * 涡流密度径向分布 涡流密度径向分布的计算比较复杂，根据实验数据有图示结果。 图中： Jr 金属导体表面距线圈轴任意半径 r 处的涡流密度 J0 金属导体表面距线圈轴 r2（线圈外径）处的涡流密度 r 涡流密度径向半径 r2 线圈外径 ●涡流范围随线圈外径大小而变 ●与线圈外径有固定的比例关系 ●线圈外径确定后，涡流的径向范围也就确定下来了 ●在线圈外径r=r2 处，涡流密度最大 ●在 r0.4r2 处以内，基本上没有涡流 ●在r=1.8r2 处，涡流密度将衰减到最大值的5% 由图可见，涡流密度径向分布 r=1.8r2 r=r2 涡流密度 r/r2 Jr /J0 0.5 0 1.0 1.0 2.0 涡流密度的径向分布 0.4 1.8 径向距离 r=0.4r2 「 「 「 h 轴向 被测金属导体 径向 r 径向r2 涡流区 * 涡流密度的轴向分布 由于趋肤效应，涡流只在金属的（面向磁场的一面）表面薄层内存在，而且涡流密度的轴向分布是按指数规律衰减的，可用下式表示： 式中： JZ 金属导体中轴向距离表面距离为z 处的涡流密度 J0 金属导体表面上的涡流密度 z 金属导体中某一点距表面的轴向距离 h 趋肤深度 h又称为涡流的轴向贯穿深度，它是涡流密度等于J0/e 时，所能达到的距导体表面的轴向距离。 由上述可知 涡流密度轴向分布在被测金属导体的表面层，所以在涡流式传感器中被测金属导体制作的比较薄。 0 JZ Z h J0 / e J0 涡流轴向分布 轴向距离 涡流密度 h 轴向 被测金属导体 径向 r 径向r2 涡流区 * ■ 趋肤效应 skin effect 导体中的高频电磁波以及由它所引起的高频电流会趋向分布在导体表面很薄一层内的现象称为趋肤效应。 按照麦克斯韦电磁理论，导体中的高频电流实质上是由沿着导线传播的电磁波引起的。 这种电磁波主要是在导线以外的空间或介质中传播。 在导体表面，这种电磁波与导体内的自由电荷作用，引起高频电流。 这种电流的存在 一部分电磁波向空间反射 一部分电磁波透入导体内。形成随深度按指数规律衰减的电磁波，最后通过传