电涡流传感器试验模块.DOC

电涡流传感器实验模块 基本教学实验 实验目的 1 掌握电涡流传感器的基本结构和工作原理。 2 通过实验了解不同材料对电涡流传感器特性的影响。 3 通过电涡流方法测量重量、电机转速，掌握电涡流传感器的实际应用技术。 4 掌握电涡流传感器的静态标定方法，通过实验进行电涡流传感器的静态标定。 实验原理 与自感传感器、差动变压器相比，电涡流测量原理的特点有二，其一是对导电率、导磁率等物性参数敏感，其二是能够实现非接触测量。这两个特点使得电涡流传感器的应用更为灵活多样，至今人们还在不断的开发它的新用途。 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。这种现象称为涡流效应。电涡流式传感器正是基于这种涡流效应而工作的。如图1所示，一个通有交变电流的线圈，置于一块导电材料附近，由于交变电流的存在，在线圈周围就产生一个交变磁场，导电材料内便产生电涡流，电涡流也将产生一个新磁场，与方向相反，因而抵消部分原磁场，从而导致线圈的等效阻抗发生变化。 图 电涡流效应 图图、分别为线圈和导电材料的等效电阻，、分别为线圈和导电材料的等效电感。M为互感参数，表征线圈与导电材料之间磁联系强弱。 图 电涡流效应的等效电路 图 （） 式(1) （2）为 （3）金属导体的电阻率ρ、磁导率μ、线圈与金属导体之间的距离d以及线圈激励电流的角频率ω等参数，都将通过电涡流效应与线圈等效阻抗发生联系。或者说．线圈等效阻抗是这些参数的函数，即 （4）四个参数中的任意三个参数恒定，则等效阻抗将与第四个参数之间建立一一对应的关系，构成了从第四个参数到等效阻抗之间的转换关系。 利用位移d作为变换量，可以非接触的测量位移、厚度、振动、转速等，也可做成接近开关等。图3为电涡流位移传感器的几种具体应用。图(a)为轴的轴向位移的测量，图(b)为先导阀或换向阀位移测量，图(c)为金属热膨胀系数测量。测量位移范围可从01mm到030mm．分辨率为满量程的0.1%。 图3 电涡流位移传感器的几种具体应用 图图 利用电涡流传感器测量转速 1 安装好电涡流线圈和金属涡流片，注意二者必须保持平行。安装好测微头，将电涡流线圈接入涡流变换器输入端，涡流变换器输出端接电压表20V档。 2 开启仪器电源，用测微头将电涡流线圈和涡流片分开一定距离，此时输出端有电压值输出。将示波器接涡流变换器输入端，观察电涡流传感器的高频波形。信号频率约1MHz。 3 用测微头带动振动平台使平面线圈完全贴紧金属涡流片此时涡流变换器的输出电压为零，涡流变换器中的振荡电路停振。 旋动测微头是平面线圈离开金属涡流片，从电压表开始有读数起每位移0.25mm记录一个读数，并用示波器观察高频振荡波形。将X、输出电压V的读数填入下表，作出V—X曲线，指出线性范围，找出其最佳工作点并求出灵敏mm 输出电压V 被测材料对电涡流传感器特性的影响 5 按1的方法重新安装好传感器，开启电源。 6 分别对铁、铜、铝被测体进行测量，记录被测位移X、输出电压V的读数 图5 电涡流传感器称重 10 差动放大器增益调为1，输出接电压表20V档。将平面线圈安装在线性工作范围的起始点。调整电桥，使系统输出为零。 11 在测量平台中间逐步增加砝码，记录被测重量和输出电压值。 被测重量g 输出电压V 12 依据所测量的对应数据，作出传感器特性曲线，计算灵敏度。 13 取下砝码，在测量范围内从轻到重重新放砝码，记录被测重量、输出电压，并按输出电压依据标定曲线计算被测重量，进一步计算绝对误差、相对误差、引用误差、精度等级。 电涡流传感器测量电机转速 14 电涡流传感器线圈支架转一角度，安装于电机转盘上方，线圈与转盘面平行，在不摩擦的前提下距离越近越好。 15 电涡流线圈与涡流变换器相接，涡流变换器输出接示波器，开启电机开关，调节转速，同时调整平面线圈在转盘上方的位置，通过示波器观察，使变换器输出的脉动波对称。 16 仔细观察示波器两相邻波形的峰值是否一致，如有差异，说明平面线圈与转盘或者不平行、或者电机本身存在振动。利用已经获得的铁材料特性曲线可大致判断不平行度。 17 将电压/频率表2kHz档接入涡流变换器输出端，读取脉动波形参数，并与示波器读取的频率作比较。转速为脉动波形数的50%。 设计性实验——基于电涡流传感器的振动测量系统设计 实验要求 设计以电涡流传感器作为传感器的振动测量系统，使用该系统测量被测对象的固有振动频率，对该系统被测振幅与输出电信号之间的关系进行标定，利用标定后的测量系统进行振幅测量并计