现代检测技术-李英顺-电子教案-第6章

一、工作原理二、电涡流的形成范围三、测量电路四、电涡流式传感器的特点及应用成块的金属置于变化着的磁场中或者在磁场中运动时，金属体内都要产生感应电动势形成电流，这种电流在金属体内是自己闭合的，称为电涡流。电涡流式传感器就是在这种电涡流效应的基础上建立起来的。图6-1电涡流式传感器基本原理图•传感器工作时的等效阻抗为等效电阻、等效电感分别为线圈的品质因数为2222222212222222211LRMLLjLRMRRIUZ222222221/LRMLLL2222222122222222121111LRMRRLRMLLRLRLQ在金属导体上形成的电涡流的分布是不均匀的，电涡流密度不仅是距离的函数，而且电涡流只能在金属导体的表面薄层内形成，在半径方向也只能在有限的范围内形成电涡流。在金属导体上形成的电涡流的分布是不均匀的，电涡流密度不仅是距离的函数，而且电涡流只能在金属导体的表面薄层内形成，在半径方向也只能在有限的范围内形成电涡流。⑴电涡流与距离的关系金属导体上的电涡流强度为])(111[212xRII图6-2电涡流强度与X/R的关系⑵电涡流的径向形成范围•电涡流在径向有一定的形成范围，它随着激励线圈的外半径大小而变，并且与激励线圈外半径有固定的比例关系，激励线圈的外半径决定后，电涡流的径向形成范围就定下来了。在等于激励线圈的外半径处，电涡流密度最大，而在等于激励线圈外半径的1.8倍处，电涡流密度将衰减到最大值的5%。⑶电涡流的轴向贯穿深度•电涡流轴向渗透（贯穿）深度fheJJh/0•涡流传感器在金属体中产生的涡流，其渗透深度与传感器线圈的励磁电流的频率有关，所以涡流传感器主要可分为高频反射和低频透射两类，前者应用较广泛。由涡流式传感器的工作原理可知，被测量数变化可以转换成传感器线圈的品质因数、等效阻抗和等效电感的变化。转换电路的任务是把这些参数转换为电压或电流输出。总的来说，利用线圈的品质因数值的转换电路使用较少。利用等效阻抗的转换电路一般用桥路，它属于调幅电路。利用等效电感的转换电路一般用谐振电路，根据输出是电压幅值还是电压频率，谐振电路又分为调幅和调频两种。⒈桥路图6-3涡流式传感器电桥⒉谐振调幅电路图6-4谐振调幅电路图6-5谐振曲线图6-6调频电路原理图电涡流式传感器的特点是结构简单、测量线性范围大、易于进行非接触的连续测量、灵敏度较高、抗干扰能力强、不受油污等介质的影响，因此被广泛地应用于工业生产和科学研究的各个领域，可用来测量位移、振幅、尺寸、厚度、热膨胀系数、轴心轨迹、非铁磁材料导电率和金属件探伤等。其应用大致有以下四个方面•①利用位移作为变换量，可以做成测量位移、厚度、振幅、振摆、转速等传感器，也可做成接近开关、计算器等；•②利用材料电阻率ρ作为变换量，可以做成测量温度、材料判别等传感器；•③利用磁导率作变换量，可以做成测量应力、硬度等传感器；•④利用变换量、等的综合影响，可以做成探伤装置等。x(一)测量厚度图6-7高频反射式涡流测厚仪图6-8低频透射式涡流传感器•感应电压U2与金属板厚d度的关系如图6-9所示，因此可利用U2来反映金属板的厚度。图6-9线圈感应电势与厚度关系曲线