第四章电感式传感器.ppt

第三节 电涡流式传感器 根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。 根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。 按照电涡流在导体内的贯穿情况，此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作原理上来说仍是相似的。 电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小，灵敏度高，频率响应宽等特点，应用极其广泛。 一、电涡流式传感器工作原理 由传感器线圈和被测导体组成一个线圈/导体系统 根据法拉第定律，当传感器线圈通以正弦交变电流I1时，线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1，使置于此磁场中的金属导体中感应电涡流I2，I2又产生新的交变磁场H2。 阻抗 保持上式中其它参数不变，而只改变其中一个参数，传感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数。通过与传感器配用的测量电路测出阻抗Z的变化量，即可实现对该参数的测量。 二、电涡流式传感器的特性 1．电涡流的径向形成范围 ①电涡流径向形成的范围大约在传感器线圈外径ras的1.8～2.5倍范围内，且分布不均匀。 ②电涡流密度在短路环半径r=0处为零。 ③电涡流的最大值在r=ras附近的一个狭窄区域内。 ④可以用一个平均半径为ras的短路环来集中表示分散的电涡流（图中阴影部分）。 电涡流密度与半径r的关系曲线 3．电涡流的轴向贯穿深度 电涡流强度与距离归—化曲线 分析： ①电涡强度与距离x呈非线性关系，且随着x/ras的增加而迅速减小。 ②当利用电涡流式传感器测量位移时，只有在x/ras1（一般取0.05～0.15）的范围才能得到较好的线性和较高的灵敏度。 2．电涡流强度与距离的关系 涡流穿透深度h和激励电流频率f有关，所以涡流传感器根据激励频率：高频反射式或低频透射式两类。 三、电涡流式传感器的应用 1．低频透射式涡流厚度传感器 透射式涡流厚度传感器检测范围可达1～100mm，分辨率为0.1μm，线性度为1%。 在被测金属的上方设有发射传感器线圈L1，在被测金属板下方设有接收传感器线圈L2。当在L1上加低频电压U1时，则L1上产生交变磁通Φ1，若两线圈间无金属板，则交变磁场直接耦合至L2中，L2产生感应电压U2。如果将被测金属板放入两线圈之间，则L1线圈产生的磁通将导致在金属板中产生电涡流。 2．高频反射式涡流厚度传感器 为克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响，在带材的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器S1、S2。S1、S2与被测带材表面之间的距离分别为x1和x2。 3．电涡流式转速传感器 在软磁材料制成的输入轴上加工一键槽，在距输入表面d0处设置电涡流传感器，输入轴与被测旋转轴相连。 这种转速传感器可实现非接触式测量，抗污染能力很强，可安装在旋转轴近旁长期对被测转速进行监视。最高测量转速可达600000r/min。 作业与思考题 1．电感式传感器有几大类？各有何特点？ 2．什么叫零点残余电压？产生的原因是什么？ 3．影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？ 4．如图所示是一种差动整流的电桥电路，电路由差动电感传感器Z1、Z2以及平衡电阻R1、R2（R1=R2）组成。桥的一个对角线接有交流电源Ui，另一个对角线为输出端Uo。试分析该电路的工作原理。 差动整流的电桥电路