關(guān)于常用傳感器工作原理電渦流式第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日2何謂渦流？在許多電工設(shè)備中都存在大塊導(dǎo)體(如發(fā)電機(jī)和變壓器的鐵心和端蓋等)。當(dāng)這些大塊導(dǎo)體處在變化的磁場中或在磁場中切割磁力線時，其內(nèi)部都會感應(yīng)出電流。這些電流的特點(diǎn)是：在大塊導(dǎo)體內(nèi)部自成閉合回路，呈旋渦狀流動。因此，稱之為渦旋電流，簡稱渦流。例如，含有圓柱導(dǎo)體芯的螺管線圈中通有交變電流時，圓柱導(dǎo)體芯中出現(xiàn)的感應(yīng)電流或渦流，如圖所示。3.5電渦流式傳感器當(dāng)交變電流通過導(dǎo)線時，感應(yīng)電流（渦流）將集中在導(dǎo)體表面流通，尤其當(dāng)頻率較高時，此電流幾乎是在導(dǎo)體表面附近的一薄層中流動，這就是所謂的集膚效應(yīng)現(xiàn)象。第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日3交變電流頻率越高，渦流的集膚效應(yīng)越顯著，即渦流穿透深度越小，其穿透深度：可見，渦流穿透深度與激勵電流頻率有關(guān)，所以根據(jù)激勵頻率高低，渦流傳感器可分為：高頻反射式和低頻透射式兩大類。前者用于非接觸式位移變量的檢測，后者僅用于金屬板厚度的測量。由于結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、頻響范圍寬、不受油污等介質(zhì)的影響，并能進(jìn)行非接觸測量，適用范圍廣。用來測量位移、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度、硬度等參數(shù)，以及用于無損探傷領(lǐng)域。由于目前高頻反射式電渦流傳感器應(yīng)用廣泛，因此本節(jié)主要介紹高頻反射式電渦流傳感器。第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日4高頻反射式如圖所示，金屬板置于一只線圈的附近，它們之間相互的間距為δ，當(dāng)線圈輸入一交變電流i1

時，便產(chǎn)生交變磁通量Φ1

，金屬板在此交變磁場中會產(chǎn)生感應(yīng)電流i2

，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，所以稱之為“渦電流”或“渦流”。這種渦電流也將產(chǎn)生交變磁場Φ2，與線圈的磁場變化方向相反，Φ2總是抵抗Φ1的變化，由于渦流磁場Φ2的作用使原線圈的等效阻抗發(fā)生變化。Φ1i1Φ2i2渦電流式傳感器是利用渦流效應(yīng)，將非電量轉(zhuǎn)換為阻抗的變化而進(jìn)行測量的。>1MHz第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日5一般講，線圈的阻抗變化與金屬導(dǎo)體的電阻率

、磁導(dǎo)率

、線圈與金屬導(dǎo)體的距離以及線圈激勵電流的頻率

等參數(shù)有關(guān)。即，線圈阻抗

是這些參數(shù)的函數(shù)，可寫成Φ1i1Φ2i2第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日6若能控制其中大部分參數(shù)恒定不變，只改變其中一個參數(shù)，這樣阻抗就能成為這個參數(shù)的單值函數(shù)。渦流式傳感器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于進(jìn)行非接觸的連續(xù)測量，靈敏度較高，適用性強(qiáng)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。④利用變換量、

、

等的綜合影響，可以做成探傷裝置等。其應(yīng)用大致有下列四個方面：①利用位移作為變化量，可以測被測量位移、厚度、振動、轉(zhuǎn)速等傳感器，也可做成接近開關(guān)、計數(shù)器等；②利用材料電阻率

作為變換量，可以做成溫度測量、材質(zhì)判別等傳感器③利用磁導(dǎo)率

作為變換量，可以做成測量應(yīng)力、硬度等傳感器；第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日7基本結(jié)構(gòu)：1234561線圈2框架3襯套4支架5電纜6插頭高頻反射電渦流傳感器主要由線圈和框架組成。由于電渦流式傳感器的主體是激磁線圈，所以線圈的性能和幾何尺寸、形狀對整個測量系統(tǒng)的性能將產(chǎn)生重要的影響。一般情況下，線圈的導(dǎo)線采用高強(qiáng)度漆包線；要求較高的場合，可以用銀或銀合金線；在較高溫度條件下，需要用高溫漆包線。下圖為CZF1型渦流傳感器的結(jié)構(gòu)原理，它采取將導(dǎo)線繞在聚四氟乙烯框架窄槽內(nèi)，形成線圈的結(jié)構(gòu)方式。第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日8型號線性范圍/m線圈外徑/mm分辨力/m線性誤差（%）使用溫度/CCZF1-1000100071<3-15+80CZF1-30003000153<3-15+80CZF1-50005000285<3-15+80

分析上表請得出結(jié)論：線圈外徑與測量范圍及分辨力之間有何關(guān)系？

線圈外徑越大，測量范圍就越大，但分辨力就越差，靈敏度也降低。第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日9非接觸電渦流式位移、振動傳感器，具有非接觸測量、線性范圍較寬，靈敏度高、抗擾動能力強(qiáng)、無介質(zhì)影響、穩(wěn)定可靠、易于處理等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于冶金、化工。航天等行業(yè)中，進(jìn)行位移、振動、轉(zhuǎn)速、厚度、表面不平度等機(jī)械量的檢測。第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日10大直徑電渦流探雷器第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日11低頻透射式發(fā)射線圈L1和接收線圈L2分置于被測金屬板的上下方。由于低頻磁場集膚效應(yīng)小，滲透深，當(dāng)?shù)皖l(音頻范圍)電壓e1加到線圈L1的兩端后，所產(chǎn)生磁力線的一部分透過金屬板，使線圈L2產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e2。但由于渦流消耗部分磁場能量，使感應(yīng)電動勢e2減少，當(dāng)金屬板越厚時，損耗的能量越大，輸出電動勢e2越小。因此，e2的大小與金屬板的厚度及材料的性質(zhì)有關(guān)。試驗表明e2隨材料厚度h的增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少，因此，若金屬板材料的性質(zhì)一定，則利用e2的變化即可測厚度。第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日12

測量厚度時，激勵頻率應(yīng)選得較低。頻率太高，貫穿深度小于被測厚度，不利于進(jìn)行厚度測量，通常選激勵頻率為1kHz左右。

第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日13測量電路：阻抗分壓式調(diào)幅電路和調(diào)頻電路并聯(lián)諧振回路阻抗分壓式調(diào)幅電路是以傳感線圈與調(diào)諧電容組成并聯(lián)LC諧振回路，由石英震蕩器提供高頻激磁電流，測量電路的輸出電壓正比于LC諧振電路的阻抗Z因而傳感線圈與被測體之間距離δ的變化，引起Z的變化，使輸出電壓跟隨變化，從而實現(xiàn)位移量的測量，故稱調(diào)幅法第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日14調(diào)頻電路調(diào)頻法是以LC振蕩回路的頻率作為輸出量。當(dāng)金屬板至傳感器之間的距離δ發(fā)生變化時，將引起線圈電感的變化，從而使振蕩器的頻率發(fā)生變化，再通過鑒頻器進(jìn)行頻率－電壓轉(zhuǎn)換，即可得到與δ

成比例的輸出電壓。第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日15應(yīng)用1.位移測量主要用途之一，凡是可以變成位移量的參數(shù)，都可用電渦流式傳感器來測量。如：氣輪機(jī)主軸的竄動，金屬材料的熱膨脹系數(shù)，鋼水液位，流體壓力等。日本用電渦流傳感器成功完成了北海道高速鐵路的鐵軌位移檢測。2.轉(zhuǎn)速測量在旋轉(zhuǎn)體上加裝一個槽狀或齒狀（槽數(shù)或齒數(shù)為n）金屬體，旁邊安裝一個電渦流傳感器，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動時，電渦流傳感器將周期地改變輸出信號，由頻率計數(shù)，求出轉(zhuǎn)速：3.電渦流探傷可以檢查金屬表面裂紋、熱處理裂紋、焊接處的質(zhì)量探傷等。統(tǒng)稱探傷。探傷時傳感器與被測導(dǎo)體保持距離不變，由于裂紋出現(xiàn)，將引起導(dǎo)體電阻率、磁導(dǎo)率變化，也可以說是裂紋處位移變化，即渦流損耗改變，從而引起輸出電壓變化。第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日16高頻反射式渦流厚度傳感器第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日17渦流軸心軌跡測量第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日18渦流振動測量渦流轉(zhuǎn)速測量第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日19第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日20利用渦電流傳感器測量物體位移時，如果被測物體是塑料材料，此時能否進(jìn)行位移測量？為了能對物體進(jìn)行位移測量應(yīng)采取什么措施。