涡流式传感器教案.pptx

3.3 涡流式传感器 《传感器与检测技术》 主要内容 3.3.1 工作原理 3.3.2 转换电路 3.3.3 涡流式传感器的特点及应用 3.3.1 工作原理 金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，称之为电涡流或涡流。这种现象称为涡流效应。涡流式传感器就是在这种涡流效应基础上建立起来的。 线圈置于金属导体附近： 线圈中通以交变电流 I1 I 1产生正弦交变磁场 H1 金属导体内就会产生涡流I2 涡流I2产生反向电磁场H2 抵消部分原磁场 ,导致线圈的电感 、阻抗和品质因数变化 等效电路 根据基尔霍夫定律得： 解此方程组，得传感器工作时的等效阻抗Z为: 等效电阻R 等效电感L 线圈的品质因数Q为: 由上可知，当被测参数变化，既能引起线圈阻抗Z变化，也能引起线圈电感L和线圈品质因数Q值变化。 故可根据参数的变化量的大小与导体的电阻率ρ、磁导率μ和线圈与导体的距离x以及线圈激励电流的角频率，通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗发生联系。或者说，线圈组抗是这些参数的函数，可写成： Z = f（ρ、μ、x、r、ω） 故若能控制其中大部分参数恒定不变，只改变其中一个参数，这样阻抗就能成为这个参数的单值函数。例如被测材料的情况不变，激励电流的角频率不变，则阻抗Z就成为距离x的单值函数。便可制成涡流位移传感器。 3.3.2 转换电路 由涡流式传感器的工作原理可知，被测量数变化可以转换成传感器线圈的品质因数Q，等效阻抗Z等效电感 L的变化。转换电路的任务是把这些参数转换为电压或电流输出。总体来说，利用Q值的转换电路使用较少， 这里不作讨论。利用Z的转换电路一般用桥路，它属于调幅电路。利用L的转换电路一般用谐振电路，根据输出是电压幅值还是电压频率，谐振电路又分为调幅和调频两种。 1.电桥 电源u由振荡器供给，振荡频率根据涡流式传感器的需求选择。电桥将反应线圈阻抗的变化，把线圈阻抗变化转换成电压幅值得变化。 2.谐振调幅电路 谐振调幅电路特性： 3.谐振调频电路 3.3.3 涡流式传感器的特点及应用 特点： 结构简单易于进行非接触的连续测量，灵敏度较高，适用性强。 应用： 1.利用位移作为变换量，可以做成测量位移、厚度、振幅、振摆、转速等传感器，也可以做成接近开关、计算器等。 2.利用材料电阻率p作为变换量，可以做成测量温度、材料判别等传感器。 3.利用磁导率u作为变换量，可以做成测量应力、硬度等传感器。 4.利用变换量x、p、u等的综合影响，可以做成探伤装置。 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 轨迹仪 涡流式传感器还可以用来描述转轴轴心运动轨迹，其原理结构如图所示。它是由两个传感器A和B组成，指示装置可以是用来观察现象的示波器，也可以是用来描绘轨迹的X-Y记录仪 THANKS