电感式传感器(第五周).ppt

涡流式传感器的变换原理是利用金属导体在交流磁场中的电涡流效应。若一金属板置于一只线圈的附近，它们之间相互的间距为δ，当线圈输入一交变电流i 时，便产生交变磁通量Φ，金属板在此交变磁场中会产生感应电流i1，这种电流在金属体内是闭合的，所以称之为电涡流或涡流。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。 高频(lMHz)激励电流产生的高频磁场作用于金属板的表面，由于集肤效应，在金属板表面将形成涡电流。与此同时，该涡流产生的交变磁场又反作用于线圈，引起线圈自感L或阻抗ZL的变化。线圈自感L或阻抗ZL的变化与距离该金属板的电阻率ρ、磁导率μ、激励电流i及角频率ω等有关，若只改变距离δ而保持其它参数不变，则可将位移的变化转换为线圈自感的变化，通过测量电路转换为电压输出。 高频反射式涡流传感器多用于位移测量。? 发射线圈L1和接收线圈L2分置于被测金属板的上下方。由于低频磁场集肤效应小，渗透深，当低频(音频范围)电压u1加到线圈L1的两端后，所产生磁力线的一部分透过金属板,使线圈L2产生感应电动势u2。但由于涡流消耗部分磁场能量，使感应电动势u2减少，当金属板越厚时，损耗的能量越大，输出电动势u2越小。因此，u2的大小与金属板的厚度及材料的性质有关.试验表明u2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u2的变化即可测厚度。 小结: 1.电感式传感器的分类 2.自感式传感器的原理 3.自感式传感测量电路(差动式) 4.互感式传感器的原理 5.互感式传感器的测量电路(相敏检波) 6.电涡流传感器原理及应用 作业: P170 思考题:9-1,9-3 4、生产工件加工定位 5、时序控制 2. 电涡流传感器的等效电路 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。 电涡流传感器等效电路 M R L1 L R1 3. 电涡流传感器的种类 电涡流在金属导体内的渗透深度为: 说明电涡流在金属导体内的渗透深度与传感器线圈的激励信号频率有关。故电涡流式传感器可分为高频反射式和低频透射式两类。目前高频反射式电涡流传感器应用较广泛。 高频反射式电涡流传感器 主要由一个安置在框架上的扁平圆形线圈构成。此线圈可以粘贴于框架上，或在框架上开一条槽沟，将导线绕在槽内。下图为CZF1型涡流传感器的结构原理，它采取将导线绕在聚四氟乙烯框架窄槽内，形成线圈的结构方式。 1 2 3 4 5 6 1 线圈 2 框架 3 衬套 4 支架 5 电缆 6 插头 ie d M ～ Φe Φｉ 电涡流传感器原理图 传感器线圈由高频信号激励，使它产生一个高频交变磁场φi，当被测导体靠近线圈时，在磁场作用范围的导体表层，产生了与此磁场相交链的电涡流ie，而此电涡流又将产生一交变磁场φe阻碍外磁场的变化。从能量角度来看，在被测导体内存在着电涡流损耗（当频率较高时，忽略磁损耗）。能量损耗使传感器的Q值和等效阻抗Z降低，因此当被测体与传感器间的距离d改变时，传感器的Q值和等效阻抗Z、电感L均发生变化，于是把位移量转换成电量。这便是电涡流传感器的基本原理。 低频透射式电涡流传感器 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 式中 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。 原理简化模型：线圈与被测导体等效为相互耦合的两个线圈。 电涡流式传感器的基本特性： 基本特性 涡流形成范围:径向为线圈外径的1.8～2.5倍，且分布不均匀；涡流贯穿深度有限，深度一般可用经验公式求得 涡流强度与x的关系：非线性特性， x/R?1可改善线性，提高灵敏度。 一般要求，被测金属的最小尺寸大于传感器线圈直径的2倍；被测物为圆柱体时，其直径要求大于线圈直径的3.5倍。 2、测量电路：谐振电路 传感器线圈L与电容C 共同组成并联谐振回路，谐振频率为： 线圈等效电感改变，必然导致回路阻抗或谐振频率变化，从而可间接测量被测参数，对应测量电路： 调幅电路 调频电路 调幅电路 传感器由振荡