電渦流傳感器實驗應物1001班張進保U201017303【實驗目的】1．掌握電渦流傳感器的基本結構和工作原理；并通過實驗了解不同材料對電渦流傳感器特性的影響。2．掌握電渦流傳感器的靜態(tài)標定方法，通過實驗進行電渦流傳感器的靜態(tài)標定。3．通過電渦流方法測量振幅、重量、電機轉速，掌握電渦流傳感器的實際應用技術。【實驗原理】電渦流傳感器由平面線圈和金屬片組成。當線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上受感應而產生渦旋狀電流，這種現象稱為渦流效應。產生的感應電流，又稱為電渦流。電渦流傳感器正是基于這種渦流效應而工作的。圖1電渦流效應圖2電渦流效應的等效電路如圖1所示，一個通有交變電流I1的線圈，置于一塊導電材料附近，由于交變電流的存在，在線圈周圍就產生一個交變磁場H1，導電材料內便產生電渦流I2，電渦流I2也將產生一個新磁場H2,H2與H1方向相反，因而抵消部分原磁場H1，從而導致線圈的等效阻抗發(fā)生變化?？梢?，線圈與導體之間存在著磁的聯系，若把導電材料看成一個具有內阻的線圈，則圖1可用圖2所示的等效電路表示。由圖2可列出下列方程：R1I1解式(1)，可得線圈的等效阻抗Z:Z=U前兩項為等效電阻，第三項為等效電抗，第三項中括號內為等效電感。線圈的品質因數Q為Q=ω由上不難看出，金屬導體的電阻率ρ、磁導率μ、線圈與金屬導體之間的距離X以及線圈激勵電流的角頻率ω等參數，都將通過電渦流效應與線圈等效阻抗發(fā)生聯系?；蛘哒f．線圈等效阻抗是這些參數的函數，即Z=fρ,μ,x,ω若能保持上述ρ,μ,x,ω四個參數中的任意三個參數恒定，則等效阻抗將與第四個參數之間建立一一對應的關系，構成了從第四個參數到等效阻抗之間的轉換關系?！緦嶒瀮x器】CSY10B型傳感器系統(tǒng)實驗儀（電渦流傳感器、電渦流變換器、測微頭、電壓/頻率表、差動放大器、電橋、測速電機及轉盤）、三種金屬渦流片（鐵、銅、鋁）、示波器、砝碼等【實驗內容與步驟】（一）電渦流傳感器的傳感特性和靜態(tài)標定1、安裝好電渦流線圈和金屬渦流片，注意二者必須保持平行（必要時可稍許調整探頭角度）。安裝好測微頭，將電渦流線圈接入渦流變換器輸入端，渦流變換器輸出端接電壓表20V檔。2、開啟儀器電源，用測微頭將電渦流線圈和渦流片分開一定距離，此時輸出端有一電壓值輸出。將示波器接渦流變換器輸入端，觀察電渦流傳感器的高頻波形。信號頻率約1MHz。3、用測微頭帶動振動平臺使平面線圈完全貼緊金屬渦流片，此時渦流變換器的輸出電壓為零，渦流變換器中的振蕩電路停振。4、旋動測微頭是平面線圈離開金屬渦流片，從電壓表開始有讀數起每位移0.25mm記錄一個讀數，并用示波器觀察高頻振蕩波形。將被測位移X、輸出電壓V的讀數填入下表，作出V～X曲線，指出線性范圍，找出其最佳工作點并求出靈敏度。（二）被測材料對電渦流傳感器特性的影響1、按內容一的方法重新安裝好傳感器，開啟電源。2、分別對鐵、銅、鋁被測體進行測量，記錄被測位移X、輸出電壓V的讀數。3、依據所記錄的數據，在同一個坐標下作出渦流傳感器對不同被測材料的V～X曲線。4、分別找出傳感器對各種被測材料的線性范圍、靈敏度、最佳工作點，并進行比較?？傻贸鼋Y論：對于不同被測材料，渦流傳感器的靈敏度、線性范圍都不相同，必須分別進行標定。（三）用電渦流傳感器稱重1、差動放大器增益調為1，輸出接電壓表20V檔。利用實驗內容一的結果，將平面線圈安裝在線性工作范圍的起始點。調整電橋，使系統(tǒng)輸出為零。2、在測量平臺中間逐步增加砝碼，記錄被測重量W和輸出電壓值V。3、依據所測量的對應數據，作出傳感器特性（V～W）曲線，計算靈敏度。4、取下砝碼，放上未知重量之物品，根據標定曲線計算被測物重量，并計算絕對誤差、相對誤差、引用誤差、精度等級。（四）電渦流傳感器測量電機轉速1、將電渦流傳感器線圈支架轉一角度，安裝于電機轉盤上方，線圈與轉盤面平行，在不摩擦的前提下距離越近越好。2、電渦流線圈與渦流變換器相接，渦流變換器輸出接示波器，開啟電機開關，調節(jié)轉速，同時調整平面線圈在轉盤上方的位置，通過示波器觀察，使變換器輸出的脈動波對稱。3、仔細觀察示波器兩相鄰波形的峰值是否一致，如有差異，說明平面線圈與轉盤或者不平行、或者電機本身存在振動。利用已經獲得的鐵材料渦流片特性曲線可大致判斷轉盤面與線圈的不平行度。4、將電壓/頻率表2kHz檔接入渦流變換器輸出端，讀取脈動波形變化的周期數值，并與示波器讀取的頻率作比較。轉盤的轉速=脈動波形數÷2?！緦嶒灁祿c處理】（一）1、銅片d(mm)U(v)11.750-8.3612.000-8.3412.250-8.3112.500-8.2912.750-8.2613.000-8.2313.250-8.2113.500-8.1813.750-8.1414.000-8.1014.250-8.0614.500-8.0314.750-7.9915.000-7.9515.250-7.9015.500-7.8415.750-7.77銅片圖由上可知，當工作距離在12.000-13.750（mm）之間時，其曲線線性度較好。靈敏度v/d=0.1416v/mm.（二）2、鐵片d(mm)U(v)10.000-8.0810.250-8.0410.500-8.0010.750-7.9611.000-7.9111.250-7.8511.500-7.8011.750-7.7412.000-7.6812.250-7.6112.500-7.5212.750-7.4413.000-7.3513.250-7.2513.500-7.1413.750-7.0214.000-6.90鐵片圖由上可知，當工作距離在10.750-13.750（mm）之間時，其曲線線性度較好。靈敏度v/d=0.2887v/mm.3、鋁片d(mm)U(v)14.500-8.0614.750-8.0315.000-7.9915.250-7.9515.500-7.9115.750-7.8716.000-7.8316.250-7.7716.500-7.7016.750-7.6117.000-7.5317.250-7.4317.500-7.3117.750-7.2018.000-7.0518.250-6.8818.500-6.69由左可知，當工作距離在15.500-18.000（mm）之間時，其曲線線性度較好。靈敏度v/d=0.3224v/mm.（三）銅片：被測重量*17.5g0123456789輸出電壓v-0.97-0.95-0.91-0.88-0.85-0.83-0.81-0.79-0.78-0.78由上圖可知，最后兩個數據已工作