實驗二電渦流行程傳感器及轉速測量【實驗目的】1.了解電渦流傳感器的原理及被測體材料對渦流傳感器的影響。2.學會用示波器觀察激振狀態(tài)下的調(diào)制波形。3.學會用頻率計、轉速表測量轉速?！緦嶒炘怼?.電渦流傳感器工作原理如果將一個繞在骨架上的空心線圈與正弦交流電源接通,流過線圈的電流會在線圈周圍空間產(chǎn)生交變磁場。當將導電的金屬接近該線圈時，金屬導體中會感應出一圈圈自相閉合的電流，這種電流稱為“電渦流”，如圖2-1（a）所示。渦流的大小和金屬導體的電阻率，磁導率、厚度、線圈與金屬導體的距離X，以及線圈勵磁電流的交變頻率等參數(shù)有關。如果固定其中某些參數(shù)，就可根據(jù)渦流的大小來測量出另外一些參數(shù)。圖2-1電渦流傳感器作用原理及等效電路為了簡化問題，我們把金屬導體理解為一個短路線圈，圖2-1（b）所示為電渦流傳感器與被測體的等效電路。其中、為空心線圈的電阻和電感;、為短路線圈的電阻和電感;而則為兩線圈的互感。根據(jù)等效電路可寫出兩個電壓平衡方程式：（2-1）將該方程聯(lián)立求解可得：（2-2）（2-3）由（2-2）式可得空心線圈的總阻抗為：（2-4）根據(jù)（2-4）式可進一步求出空心線圈的等效電阻、等效電感和等效品質(zhì)因數(shù)，即：（2-5）（2-6）（2-7）由此可見，當線圈接近導體時，電器參數(shù)、、、等均為互感的函數(shù),即為渦流線圈與金屬導體間距離的函數(shù)。所以凡是引起渦流變化的電量和非電量，如金屬的電阻率、磁導率、幾何形狀、線圈與導體間的距離等，均可通過測量渦流線圈的、、、來確定，這便是電渦流傳感器的工作原理。2.電渦流傳感器測量電路如上所述，電渦流傳感器可以把渦流線圈和被測金屬導體間的距離變化，轉換為線圈等效電阻、等效電感、等效阻抗和等效品質(zhì)因數(shù)的變化。測量電路的任務就是將這些變化量轉化為電壓或電流的變化，并加以顯示。實驗采用的測量電路框圖如圖2-2所示，其中渦流線圈和測量電路中的電容組成諧振電路，諧振頻率為：將振蕩器的振蕩頻率取為（時諧振電路的諧振頻率），在諧振狀態(tài)下渦流線圈的端電壓為：（2-8）圖2-2渦流傳感器測量電路框圖式（2-8）中，為諧振電路的品質(zhì)因數(shù)，為振蕩器輸出信號的幅度。當裝置的初始零位調(diào)整好后，渦流線圈與被測導體間距離為，相應的線圈初電感為，諧振電路的初諧振頻率為，渦流線圈的端電壓則為：其中為與有關的系數(shù),一般取為左右。圖2-3變頻調(diào)幅測量電路原理當變化后,、、都要變化，例如變?yōu)榛?諧振頻率變?yōu)榛颍▽σ话憬饘?減小時增加），則變換器的端電壓為、，且有：此時端電壓的增量正比于，見圖2-3，通常為取得較大的線性范圍，將置于線性段的中點。電渦流傳感器的測量電路有多種類型，本實驗采用的測量電路屬于變頻調(diào)幅式電路?！緦嶒瀮x器】傳感器實驗儀、雙蹤示波器、光電轉速表、頻率計、微型調(diào)速電機、電渦流傳感器、直流穩(wěn)壓電源等?！緦嶒瀮?nèi)容】1.電渦流傳感器的靜態(tài)標定（1）裝好傳感器和測微頭,使傳感器對準鐵片中心,測微頭對準平臺中心孔。（2）按圖2-4接線。用導線將傳感器接入渦流變換器的輸入端，將輸出端接電壓表，將電壓表置檔（根據(jù)需要及時改變電壓表檔位）。圖2-4渦流傳感器靜態(tài)標定電路（3）適當調(diào)節(jié)傳感器高度，使其與被測鐵片接觸，電壓表從零開始讀數(shù)，調(diào)測微頭，每隔用示波器觀察渦流變換器輸入端的信號幅度變化，同時在表2-1中記錄直流數(shù)字電壓表的讀數(shù)。（4）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在坐標紙上畫出曲線，指出大致線性范圍，求出線性區(qū)測量靈敏度：。2.研究被測體材料對電渦流傳感器特性的影響（1）取下平臺上的鐵測片，換上鋁測片，安裝好渦流傳感器，調(diào)整好位置，裝好測微頭。（2）接線同圖2-4，從傳感器與被測鋁片接觸開始，旋動測微頭改變傳感器與被測體的距離，每隔用示波器觀察渦流變換器輸入端的信號幅度變化，同時在表2-2中記錄直流數(shù)字電壓表的讀數(shù)。（4）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在坐標紙上畫出曲線，指出大致線性范圍，求出線性區(qū)測量靈敏度：，并與鐵測片相應的測量數(shù)據(jù)進行對比。3.電渦流傳感器的應用——電機轉數(shù)的測量將直流電機的“+、-”極引線和渦流探頭“+、-”極引線分別接入穩(wěn)壓電源的兩路輸出端，將探頭端電壓調(diào)到，渦流探頭的信號線（黑色）接頻率計紅線，頻率計黑線接電源負極。調(diào)整直流電機的電壓為、、、、、改變電機轉速，用頻率計和光電轉速表分別測量渦流探頭的輸出信號頻率及電機轉數(shù)，將頻率計的測量數(shù)據(jù)轉換為轉數(shù)值：，記錄入數(shù)據(jù)表2-3，計算轉數(shù)測量的相對誤差：4.(設計內(nèi)容)用示波器也可測量頻率、轉速。請同學自己設計表格測出電機電壓為6V、8V、10V、12V時的電機轉速，寫出測量方法和步驟?！緮?shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理】表2-1電渦流傳感器的靜態(tài)標定——鐵片距離距離距離0.502.5-2.624.5-4.161.0-1.053.0-3.045.0-4.481.5-1.73.5-3.455.5-4.792.0-2.174.0-3.836.0-5.07圖1曲線線性區(qū)范圍：4，線性區(qū)測量靈敏度：=-0.75V/mm表2-2電渦流傳感器的靜態(tài)標定——鋁片距離距離距離0.5-4.062.5-5.334.5-6.061.0-4.453.0-5.555.0-6.191.5-4.283.5-5.745.5-6.302.0-5.094.0-5.916.0-6.39圖2曲線線性區(qū)范圍：3.5，線性區(qū)測量靈敏度：=-0.30V/mm表2-3電機轉數(shù)的測量【注意事項】1、各插頭導線易拉斷，在實驗中無論接線或拆線，都要拿插頭頂端插、拔，勿拉導線。2、渦流傳感器測試頭盡量對準被測體中間，并使兩者平面平行。3、控制激振器幅度，防止過大振幅導致撞擊測片而損壞儀器?！舅伎碱}】1.如何用渦流傳感器、頻率計監(jiān)控發(fā)動機主軸的徑向振動，軸端的擺動及主軸各點振動狀態(tài)，分別寫出實施方法。答：根據(jù)電渦流傳感器的工作原理，可知電渦流傳感器的線圈和導體表面之間的距離變化會導致線圈等效電阻的改變，因此，當圖示的電渦流線圈與導體的距離x減小時，電渦流線圈的等效電感L減小，等效電阻R增大。因此流過傳感器的電流會增大，通過檢測電流的變化就可以監(jiān)控發(fā)動機主軸的徑向振動，軸端的擺動及主軸各點振動狀態(tài)。2.用頻率計測電機轉速也使用了渦流傳感器，試分析測量原理。答：運用電渦流傳感器制作的頻率計測電機轉速，只需在電機轉片上開一個小槽用頻率計測其轉速，其中的電渦流傳感器就可以檢測到，改變頻率輸出，頻率計計數(shù)就可以測的轉速?！緦嶒灴偨Y】通過本次試驗，我了解了電渦流傳感器的原理及被測體材料對渦流傳感器的影響，學會了用示波器