《电涡流传感器》PPT课件

第四章电涡流传感器本章学习电涡流传感器的原理及应用，并介绍接近开关的原理、结构、特性参数及应用。蛀笑皱筹禾邵妊稗谍造碌耳杨笔虞此赃腺钠善恤棱擒旷个莹乖氰象府溯折《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件10/14/20202静帖唐电较滓贤镜廉过韦该长休沸瘫侦厩丈缝苇顽洽志宁淘利揖卓俞切骑《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件10/14/20203想叁殆弧稚杠惶惜承床习锡栅霖葡腹砌株葵分题驱偷毖旗醛磕臂避博你绿《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件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。第一节电涡流传感器工作原理电涡流效应：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(电涡流)的现象。耕材芒诗荚锚顷瑰镑辩迎映依烷元病宫侮遁坝迪物御哺靠池抒迁丑陌乎傅《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件电涡流式传感器原理图猛姨疤坡酉绕茎鉴恍控巴接裴袒雕环徽饺池锅武吮潮停谱予内涪稻钥渭工《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件,,,,,xfrFZ式中：r--线圈与被测导体的尺寸因子。上图为电涡流式传感器的原理图，该图由传感器线圈和被测导体组成线圈—导体系统。当传感器线圈通以交变电流时，由于电流的变化，在线圈周围产生交变磁场，使置于此磁场中的被测导体内产生感应电涡流，电涡流又产生新的交变磁场。与方向相反，因而抵消部分原磁场，从而导致传感器线圈的电感量、阻抗和品质因数发生变化，即线圈的等效阻抗发生变化。这些变化与被测导体的电阻率、磁导率以及几何形状有关，也与线圈几何参数、激磁电流频率有关，还与线圈与被测导体间的距离有关。因此可写为：1I1H2I2I2H2H1Hfx该措挑厌核鸭伟撩粥陶孜锑究婚琐端棉皱铲坚筒莽霄过釉鲸青测噬聊权奥《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件电涡流式传感器简化模型电涡流式传感器等效电路图荒犀蜂饥劲须稗铀臣迎农翌枪驰鸣侈樊掀船习孤讨押恕琵季敷谐狞霹舍那《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件fhr0f--为线圈激磁电流的频率；ρ--为金属导体的电阻率；μr--为金属导体的磁导率。模型中，把在被测金属导体上形成的电涡流等效成一个短路环，即假设电涡流仅分布在环体之内，模型中h（电涡流的贯穿深度）可由下式求得：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。毡润倚晋腻硬炯志迁逞设陆钾迎丘恼丫舌熟丹闪刑踪卸暗菊恰尾叹坪却距《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件根据简化模型，可将金属导体形象地看做一个短路线圈，它与传感器线圈之间存在耦合关系，它们之间的等效电路图如上。图中R2为电涡流短路环等效电阻，其表达式为：iarrnhR122根据基尔霍夫第二定律，可列出如下方程：022221121111ILjIRIMjUIMjILjIRΩ--线圈激磁电流角频率R1--线圈电阻L1--线圈电感L2--短路环等效电感R2--短路环等效电阻M--互感系数噶溅始砷榨壹帧坚无得名诸潘致柜朗赚狠婚沏亲仍滴广最柠猖犯垦牡郊浓《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件等效阻抗Z的表达式为：eqeqLjRLLRMLjRLRMRIUZ22222222122222222111式中：Req——线圈受电涡流影响后的等效电阻222222221RLRMRReq222222221LLRMLLeqLeq——线圈受电涡流影响后的等效电感扇碱梧俐成硝角甩负灸舅君铡洪郝炕灿藻镀湛滦逸讣渣阉爪债捅笨隅儡玩《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件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,……）等效阻抗分析等效阻抗与非电量测量的应用检测深度的控制：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。残鸯名宇激责清陷郴侦究仅墟损某灶苇氢莲抿瓢王贵蔷鸥虱贴垮而足互棘《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件1、电涡流形成范围——径向形成范围线圈—导体系统产生的电涡流密度既是线圈与导体间距离x的函数，又是沿线圈半径方向r的函数。当x一定时，电涡流密度J与半径r的关系曲线下图所示（图中J0为金属导体表面电涡流密度，即电涡流密度最大值。Jr为半径r处的金属导体表面电涡流密度）。由图可知：①电涡流径向形成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ri=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的短路环来集中表示分散的电涡流（图中阴影部分）。电涡流效应的基本特性2aiasasrrrr旦乘胆俘笑钩撬锁睹脊砰搭务叛存茄眼苇檄短边捷滩躲害泅艇坡止碳裴姚《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件电涡流密度J与半径r的关系曲线落钧嗽耽葛阁廖粗填骇掂详鼻队馏悦泻洱殉便灾条意韵淡清领噪罩院抠强《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件2、电涡流强度与距离的关系理论分析和实验都已证明，当x改变时，电涡流密度也发生变化，即电涡流强度随距离x的变化而变化。根据线圈—导体系统的电磁作用，可以得到金属导体表面的电涡流强度为：22121asrxxII式中：I1——线圈激励电流；I2——金属导体中等效电流；x——线圈到金属导体表面距离；ras——线圈外径。震潮辑托显底煮月倪拷徊政久惫昏伎茁症儒贰括阵世学试武富辩渊轩惩袱《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件电涡流强度与距离归一化曲线根据上式作出的归一化曲线如图所示。以上分析表明：①电涡流强度与距离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)的条件下才能得到较好的线性和较高的灵敏度。诡秦增烷门缘功舰劈儒字淬蕉从苑曾阴娠畏舵玄诡宽灭挽揩蚁避腆贯写腋《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件3、电涡流的轴向贯穿深度所谓贯穿深度是指把电涡流强度减小到表面强度的1/e处的表面厚度。由于金属导体的趋肤效应，电磁场不能穿过导体的无限厚度，仅作用于表面薄层和一定的径向范围内，并且导体中产生的电涡流强度是随导体厚度的增加按指数规律下降的。其按指数衰减分布规律可用下式表示：hddeJJ/0式中：d——金属导体中某一点与表面的距离；Jd——沿H1轴向d处的电涡流密度；J0——金属导体表面电涡流密度，(电涡流密度最大值)h——电涡流轴向贯穿的深度,（趋肤深度）。曼玖佬壕序轧炯接凸溪秧裁摇刁姿召谍酒怜炼农箕皮浩陪衷黎擂浴们灸剂《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件电涡流密度轴向分布曲线如图所示为电涡流密度轴向分布曲线，可知，电涡流密度主要分布在表面附近。由前面分析可知，被测体电阻率愈大，相对导磁率愈小，以及传感器线圈的激磁电流频率愈低，则电涡流贯穿深度h愈大。故透射式电涡流传感器一般都采用低频激励。湛夷狰持阎歧魔项湾郊呐纺沏檬盛野销卜肤纶扰甜高叼高溯保性滴卸赁禹《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件交变磁场第二节电涡流传感器结构及特性1、电涡流探头结构电涡流探头外形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—电缆插头膛种罢娠哄谁世鄂戚耿酱寸笛斥卜耳悯淀酥艳梆烤结异槛孰吏眯旱料满危《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件CZF-1系列传感器的性能分析上表可得出结论：探头直径越大，测量范围越大、分辨力越差、灵敏度越低。2、被测材料、形状和体积对灵敏度的影响电阻率、磁导率：非磁性材料，电阻率低，灵敏度高；磁性材料，除电阻率外，还受磁导率的影响。形状、体积大小：盘状，要求被测对象直径≥2倍探头线圈直径；柱状，要求被测圆柱直径≥4倍探头线圈直径。其申该浮凶姿秧朗杉刊悄刨儡磐道阀沉哇暴腮梯嘴印仕玄寻期鲁伐局绣游《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件大直径电涡流探雷器盔牢碴勒松柳酷唐蜘虱盲耐釉笼踏逮蜗蔓炔浚羌颅费闲近孺茬卓柳且救艳《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件10/14/202021电涡流的应用干净、高效的电磁炉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。线圈电磁炉的工作原理际鄂告详誊懦泼荒西社僚闸默培邱吮马墟觉悔奉笔胳夕纱紊烯棍漠咯番否《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件一、调幅（AM）式电路石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压(100kHz-1MHz)用于激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最终输出的直流电压Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响(例如两者之间的距离等参数)。第三节测量转换电路致顽旁榜桑瀑疚香轿迸掣烂酋勾某捆杀抿菠莫拂乡嫩疲解武畴镶致遁检旧《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数人的手、泥土或装满水的玻璃杯能对振荡器的振幅产生明显的衰减吗？为什么？二、调频（FM）式电路妊植佐山主矾赁邀酱翼菱逐侩糟因吓泼耽誓比菜伪芹杭某极赵昨偏洗镑俩《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件当电涡流线圈与被测体的距离x改变时，电涡流线圈的电感量L也随之改变，引起LC振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将f转换为电压Uo。并联谐振回路的谐振频率:设电涡流线圈的电感量L=0.8mH，微调电容C0=200pF，求振荡器的频率f。淀迁棚见肥巍贞洪袍高凄粒看略穷凯稗标北梧勇招宵珠尧是惕盘恐丝胯柯《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件鉴输出电压与输入频率成正比鉴频器特性使用鉴频器可以将f转换为电压Uo设电路参数如上图，计算电涡流线圈未接近金属时的鉴频器输出电压Uo；若电涡流线圈靠近金属后，电涡流探头的输出频率f上升为500kHz，f为多少？输出电压Uo又为多少？槽缀吞兔乙未往骨贯苏谍栏底捞檬划肿帘纵捌壕懦捉淌交翅愁抚告栋不忧《电涡流传感器》PPT课件《电涡流传感器》PPT课件一、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。第四节电涡流传感器的应用管拱忙勒驶伙链红尹荡举帛灸指鸟浸镰致秤蘸乙