7813电涡流传感器的特性测试原理-Read.PPT

第14章 电涡流式传感器的性能测试 14.2 实训的基本原理 14.4 所用设备介绍 14.5 操作步骤 14.6 注意事项 * * 14.1 实训的目的要求 14.1.1 实训目的 1.通过实训使同学们更好地掌握电涡流传感器的结构原理和性能特点； 2.通过实训弄清涡流变换器的工作原理、性能特点，学会其使用方法； 3.进一步弄清双线示波器的使用方法和技巧； 4.通过本次实训进一步培养同学们认真细仔的工作态度和坚忍不拔的工作作风； 14.1.2 实训要求 1.认真复习电涡流传感器的有关内容，熟练掌握相关理论知识，了解电涡流传感器的性能特点和实际应用情况； 2.认真预习这个实训的相关内容，弄清其基本原理，掌握所用设备的操作要求和操作规范； 3.看懂电路原理图，想好接线、布线方法，便于开始实训后合理接线； 4.认真地完成所有实训内容，写出实训报告； 14.2.1电涡流传感器的结构原理 1.电涡流效应 当通过块状金属导体中的磁通发生变化时，根据法拉第电磁感应定律可知，在金属导体中会感应出一圈圈自行封闭的感应电流，此电流称为电涡流，这种物理现象称为电涡流效应。 2.电涡流传感器的结构原理 利用电涡流效应制成的传感器叫电涡流传感器，根据电涡流在导体内的贯穿情况，电涡流传感器可分为高频反射式和低频透射式两大类[9]。这种传感器一般主要有线圈、铁芯、框架和连接导线及外壳等几部分组成。 ?其工作原理如图14.1和14.2所示，由传感器线圈和被测导体组成线圈与导体系统。根据法拉第电磁感应定律，当传感器线圈通以正弦交变电流?1时，线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1，使置于此磁场中的金属导体产生电涡流I2，I2又产生新的交变磁场H2；由愣次定律可知，H2将反抗原磁场H1的变化，导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。因此，线圈阻抗的 变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。而电涡流效应既与被测导体的电阻率ρ、磁导率?以及几何形状有关，又与线圈几何参数、励磁电流频率有关，还与线圈与被测金属导体的距离x有关。故电涡流传感器的线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z可用Z=F（ρ，?，r，f，x）表示其函数关系，其中r为传感器线圈与被测导体的民族尺寸因子。 如果保持上式中其它参数不变，只改变其中的一个参数，则传感器线圈的等效阻抗Z就成了此参数的单值函数。通过与此相配套的测量电路测出其等效阻抗Z的变化量就实现了对该参数的测量，这就是电涡流式传感器工作的基本原理。 3.电涡流传感器的性能特点 电涡流式传感器不仅具有很高的灵敏度、良好的线性度和极强的抗干扰能力、而且测量范围大、不易受油污等介质的影响，还具有结构简单、安装方便，并能实现不接触测量等诸多优点。因此，它不仅在位移、振幅、厚度、表面温度、流体压力、钢水的液位和转速等物理量的检测中得到了越来越广泛的应用。而且在金属探伤检测、远距离监控、动力系统的故障诊断等许多领域都得到了应用。 14.2.2 电涡流传感器的测量电路 1.基本测量电路 电涡流式传感器的基本测量电路如图14.3所示，为一电容补偿的交流电桥，工作原理如下：A、B为传感器线圈（差动结构），它们与电容C1、C2及电阻R1、R2共同构成桥路的四个桥臂。当传感器线圈的阻抗产生变化时引起电桥失衡，引不平衡电压经线性放大器放大，再经检波器 检波后输出一与被测量成正比的电压量。这种测量电路简单易行，主要用于测量精度要求不高的差动式电涡流传感器中。 2.调幅电路 这种测量电路的基本原理是建立在传感器线圈与电容组成LC并联谐振回路，原理框图如图14.4所示，由晶体振荡器提供高频激励电压。当被测导体 无变化时，LC谐振回路的频率与振荡器频率一致，这时回路阻抗Z为最大产生的压降也达到最大。当传感器线圈与被测导体的距离发生变化时，涡流损耗增加，回路失调，输出电压相应减小。因此，在一定范围内，输出电压幅值与距离X成近似线性关系。由于输出电压的频率始终恒定，因此这种电路称为调幅式测量电路。这种电路采用石英晶体振荡器作为激励源，主要是为了获得最稳定的高频激励信号，以保证稳定的输出。因为振荡器的频率若发生1%的变化，一般将引起输出电压10%左右的漂移。图14.4中R为耦合电阻，用来减小传感器对振荡器的影响，作为恒流源的内阻，R的大小直接影响到系统的灵敏度，R大灵敏度低，R小则灵敏度高；但过小时由于旁路作用也会使灵敏度降低。因为，谐振回路输出的高频载波信号较弱，故设有高频放大、检波和滤波处理部分，使系统的输出信号便于传输与检测。图中的源极输出器是为了减小振荡器的负载而加的。 3.变频调幅电路 调幅电路虽然有很