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第4篇 电感式传感器.ppt

发布:2017-06-02约8.6千字共52页下载文档
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?? 电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。 ???????? 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x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e1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e2。但由于涡流消耗部分磁场能量,使感应电动势e2减少,当金属板越厚时,损耗的能量越大,输出电动势e2越小。因此,e2的大小与金属板的厚度及材料的性质有关.试验表明e2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e2的变化即可测厚度。 涡流式传感器的应用 1.位移测量 2. 振幅测量 3.厚度测量 4.转速测量 5. 涡流探伤 可以用来检查金属的表面裂纹、热处理裂纹以及用于焊接部位的探伤等。 综合参数(x, ρ, μ)的变化将引起传感器参数的变化,通过测量传感器参数的变化即可达到探伤的目的。 在探伤时导体与线圈之间是有着相对运动速度的,在测量线圈上就会产生调制频率信号 作业 2、相敏检波电路 容易做到输出平衡,便于阻抗匹配。图中调制电压er和e同频,经过移相器使er和e保持同相或反相,且满足ere。调节电位器R可调平衡,图中电阻R1=R2=R0,电容C1=C2=C0,输出电压为UCD。 当铁芯在中间时,e=0,只有er起作用,输出电压UCD=0。若铁芯上移,e≠0,设e和er同相位,由于ere,故er正半周时D1、D2仍导通,但D1回路内总电势为er+e,而D2回路内总电势为er-e,故回路电流i1>i2输出电压UCD=R0(i1–i2)0。当er负半周时, R i1 ~ e1 R1 R2 e21 e22 C2 C1 er 移相器 D1 D4 D3 D2 C D A B i3 i2 i4 e UCD=R0(i4-i3)0,因此铁芯上移时输出电压UCD0。当铁芯下移时,e和er相位相反。同理可得UCD0。 由此可见,该电路能判别铁芯移动的方向。 4.3 电涡流式传感器 电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强,特别是有非接触测量的优点,因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。 电涡流式传感器可以实现非接触地测量物体表面为金属导体的多种物理量,如位移、振动、厚度、转速、应力、硬度等参数。这种传感器也可用于无损探伤。 当导体置于交变磁场或在固定磁场中运动时,导体内引起感应电流,此电流在导体内闭合,称为涡流。 电涡流的产生必然要消耗一部分能量,从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化,这一物理现象称为涡流效应。电涡流式传感器是利用涡流效应,将非电量转换为阻抗的变化而进行测量的。 涡流的大小与导体的电阻率ρ、磁导率μ、厚度h、导体与线圈的距离x、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。 ????如图所示,一个扁平线圈L置于金属导体附近,当线圈中通有交变电流is时,线圈周围就产生一个交变磁场H1。置于这一磁场中的金属导体就产生电涡流ie,电涡流也将产生一个新磁场H2,H2与H1方向相反,因而抵消部分原磁场,使通电线圈的电感和电阻发生变化,从而使线圈阻抗有效阻抗发生变化。 ??? 基本原理 传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z=f(ρ,μ, r, f, x),由于涡流效应,金属板电阻率ρ、磁导率μ、线圈半径r、线圈激励频率f、线圈与金属板之间的距离x的变化都会引起线圈阻抗Z的变化。如果ρ,μ, r, f参数已定,Z称为线圈与金属板距离x的单值函数,由Z可知x。 H2 H1 补充 集肤效应:亦称为“趋肤效应”(skin effect)。 交变电流(alternating electric current, AC)通过导体时,由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀,愈近导体表面电流密度越大。这种现象称“集肤效应”。 集肤效应使导体的有效电阻增加。频率越高,集肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时,可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过,这等效于导线的截面减小,电阻增大。既然导线的中心部分几乎没有电流通过,就可以把这中心部分除去以节约材料。因此,在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。此外,为了削弱集肤效应,在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同
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