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3.6 今有一种电涡流式位移传感器。其输出为频率。特性方程形式为f=e(bx+a)+f∞,今知其中 f∞ =2.333MHz及一组标定数据如下:, 试求该传感器的工作特性方程及符合度(利用曲线化直线的拟合方法,并用最小二乘法作直线拟合)。 2.343 2.351 2.362 2.380 2.410 2.432 2.461 2.502 2.523 输出f(MHz) 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.5 1.0 0.5 0.3 位移x(mm) 3.4 答:①原因是改变了空气隙长度 ②改善方法是让初始空气隙距离尽量小,同时灵敏度的非线性也将增加,这样的话最好使用差动式传感器, 其灵敏度增加非线性减少。 3.6 解:设 重写表格如下: 最小二乘法做直线拟和: 4、测量力或压力 例:张力测量 任务三 电涡流式传感器 活动一、基本工作原理 活动二、电涡流传感器等效电路 活动三、电涡流传感器的种类 活动四、电涡流传感器测量电路 活动五、电涡传感器的应用 活动一、基本工作原理 1、电涡流效应 根据法拉第定律,块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时,导体内部将产生漩涡状的感应电流,称为电涡流,这种现象称为“电涡流效应”。 特点:能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量。 返回 2、工作原理 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。若固定某些参数,就可根据涡流的变化测量另一个参数。 3、电涡流强度与距离的关系 I1:线圈激励电流 I2:金属导体中等效电流 x:线圈到金属导体表面距离 D:线圈外径 以上分析表明: ① 电涡流强度与距离x呈非线性关系,且随着x/D的增加而迅速减小。 ② 当利用电涡流式传感器测量位移时,只有在x/D1(一般取0.05~0.15)的条件下才能得到较好的线性和较高的灵敏度。 r=0.525D 4、电涡流形成范围 1 2 D r R h R=1.39D 活动二、电涡流传感器等效电路 M R L1 L R1 把被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环中的电流,短路环可以认为是一匝短路线圈,其电阻为R1、电感为L1。这样线圈与被测导体便可等效为两个相互耦合的线圈。线圈与导体间存在一个互感M,它随线圈与导体间距x 的减小而增大。 传感器线圈的等效阻抗为: 线圈的等效电阻和电感为: 当被测导体的某些参数发生变化时,可引起涡流式传感器线圈的阻抗Z、电感L和品质因数Q变化,测量Z、L或Q就可求出被测量参数的变化。 线圈的等效品质因数Q值为 活动三、电涡流传感器的种类 电涡流在金属导体内的渗透深度为: 分为低频透射式和高频反射式两类。 1 、低频透射式涡流厚度传感器 检测范围可达1~100 mm; 分辨率为0.1 μm; 线性度为1%。 发射线圈 接收线圈 1 、低频透射式涡流厚度传感器 线圈L2 的感应电压与被测厚度的增大按负幂指数的规律减小,即 δ:被测金属板的厚度; h:贯穿深度。 测量厚度时,激励频率应选得较低。频率太高,贯穿深度小于被测厚度,不利于进行厚度测量,通常选激励频率为1kHz左右。 测薄金属板时,频率一般应略高些,测厚金属板时,频率应低些。在测量电阻率ρ较小的材料时,应选较低的频率(如500Hz),测量ρ较大的材料时,应选用较高的频率(如2kHz),从而保证在测量不同材料时能得到较好的线性和灵敏度。 注意: 2. 高频反射式电涡流传感器 返回 高频(lMHz) ie d M ~ Φe Φi 工作原理图 高频反射式涡流厚度传感器 活动四、电涡流传感器测量电路 1. 调频式电路 Z:LC回路的阻抗 2. 调幅式电路 晶体振 荡器 L C 输出 放大 检波 滤波 R 返回 1、位移测量 2、振幅测量 3、转速测量 活动五、电涡传感器的应用 4、厚度测量 5、电感式接近传感器 电感式接近传感器应用举例 (1)生产中测量产品的长度 每个脉冲的长度: 被测物总长度: (2)生产线工件的计数 (3)机械手的限位 (4)生产工件加工定位 (5)时序控制 本章总结 1、变隙式自感传感器 2、变气隙式输出特性 3、变面积自感传感器 4、螺管式自感传感器 5、变隙式差动自感传感器 6、交流电桥式测量电路 7、变压器式交流电桥测量电路 本章总结 8、互感式传感器 9、差动整流电路 10、二级管相敏检波电路 11、电涡流效应 12、电涡流传感器的种类 13、电涡流传感器
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