课本以外的传感器的应用实例及工作原理

电涡流传感器原理及其应用一、电涡流传感器工作原理1、电涡流效应演示当电涡流线圈与金属板的距离x减小时，电涡流线圈的等效电感L减小，等效电阻R增大。感抗XL的变化比R的变化大得多，流过电涡流线圈的电流i1增大。2、集肤效应当高频（100kHz左右）信号源产生的高频电压施加到一个靠近金属导体附近的电感线圈L1时，将产生高频磁场H1。如被测导体置于该交变磁场范围之内时，被测导体就产生电涡流i2。i2在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为集肤效应（也称趋肤效应）。集肤效应与激励源频率f、工件的电导率、磁导率等有关。频率f越高，电涡流的渗透的深度就越浅，集肤效应越严重。3、等效阻抗分析电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表达式为：Z=R+jωL=f（i1、f、、、r、x）检测深度的控制：由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变f，可控制检测深度。激励源频率一般设定在100kHz~1MHz。频率越低，检测深度越深。间距x的测量：如果控制上式中的i1、f、、、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为间距x的单值函数，这样就成为非接触地测量位移的传感器。多种用途：如果控制x、i1、f不变，就可以用来检测与表面电导率有关的表面温度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率有关的材料型号、表面硬度等参数。4、电磁炉的工作原理电磁炉内部的励磁线圈高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食物。二、电涡流传感器结构及特性1、电涡流探头电涡流探头内部结构1—电涡流线圈2—探头壳体3—壳体上的位置调节螺纹4—印制线路板5—夹持螺母6—电源指示灯7—阈值指示灯8—输出屏蔽电缆线9—电缆插头2、CZF-1系列传感器的性能三、电涡流传感器的应用1、位移测量电涡流位移传感器是一种输出为模拟电压的电子器件。接通电源后，在电涡流探头的有效面（感应工作面）将产生一个交变磁场。当金属物体接近此感应面时，金属表面将吸取电涡流探头中的高频振荡能量，使振荡器的输出幅度线性地衰减，根据衰减量的变化，可地计算出与被检物体的距离、振动等参数。这种位移传感器属于非接触测量，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，寿命较长，可在各种恶劣条件下使用。位移测量包含：偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、移动、圆度、冲击、偏心率、冲程、宽度等等。来自不同应用领域的许多量都可归结为位移或间隙变化。4~20mA电涡流位移传感器外形齐平式电涡流位移传感器外形齐平式传感器安装时可以不高出安装面，不易被损害。V系列电涡流位移传感器外形某V系列电涡流位移传感器的机械图V系列电涡流位移传感器性能一览表2、偏心和振动检测3、通过测量间隙来测量径向跳动4、测量弯曲、波动、变形5、测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪6、测量厚度、尺寸、间隙等7、电涡流式通道安全检查门安检门的内部设置有发射线圈和接收线圈。当有金属物体通过时，交变磁场就会在该金属导体表面产生电涡流，会在接收线圈中感应出电压，计算机根据感应电压的大小、相位来判定金属物体的大小。在安检门的侧面还安装一台“软x光”扫描仪，它对人体、胶卷无害，用软件处理的方法，可合成完整的光学图像。四、电涡流传感器的分析电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，例如金属材料的厚度、尺寸、形状、电导率、磁导率、表面因素、距离等。只要固定其他因素就可以用电涡流传感器来测量剩下的一个因素。因此电涡流传感器的应用领域十分广泛。但也同时带来许多不确定因素，一个或几个因素的微小变化就足以影响测量结果。所以电涡流传感器多用于定性测量。即使要用作定量测量，也必须采用逐点标定、计算机线性纠正、温度补补偿等措施。电涡流传感器的主要优点：它可进行非接触测量，并且测量范围大，灵敏度高，不受油污等介质的影响，结构简单，安装方便等。它广泛应用于工业生产和科学研究的各个领域。在高速旋转机械中（包括化工，电站等设备），大量利用电涡流传感器进行轴向位移和径向振动、转速及相位测量和长期监视。目前国内外生产汽轮机组、压缩机等大型旋转机械的许多厂家都配备了机械保护系统，其中就采用了电涡流位移传感器。电涡流传感器的主要缺点是：对被测材料敏感性强。如果被测对象的材料不同，定频、调幅式、变频调幅式传感器的灵敏度和线性范围都要改变，必须重新矫校正。就是对同一种被测材料来说，如果被测表面的材质不均匀，或者工件内部有裂痕，都会影响测量结果。测量轴振动时，轴的不圆度也将反映的振幅值中。所以测量时要选择合适的测量点和均质光滑的测量表面。要测量准确，对被测体的几何形状也是有一定要求的。当被测体为平板形时，传感器头部应该有一定的空间，而不能有导电导体材料。同时还有被测体要大于传感器直径的三倍，否则会使灵敏度降低。如果别测体为圆柱时，其直径必须为传感器线圈直径的三倍以上。被测体厚度不能太薄，对一般钢材来说，其厚度要大于0.2mm。