《電感式傳感器》PPT課件

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1、江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院測(cè) 量 技 術(shù) 基 礎(chǔ)第 六 章 電 感 式 傳 感 器本 章 內(nèi) 容 ： 變 磁 阻 式 傳 感 器 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 電 渦 流 式 傳 感 器 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 定 義 ： 是 一 種 利 用 線 圈 自 感 和 互 感 的 變 化 實(shí) 現(xiàn)非 電 量 電 測(cè) 的 裝 置 。 感 測(cè) 量 ： 位 移 、 振 動(dòng) 、 壓 力 、 應(yīng) 變 、 流 量 、 比重 等 。電 感 式 傳 感 器 (根 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 型 式 ) 氣 隙 型螺 管 型面 積 型電 感 式 傳 感 器(根 據(jù) 轉(zhuǎn) 換 原 理 ) 自 感 型 變 磁 阻 型渦 流 式互 感

2、型 (差 動(dòng) 變 壓 器 型 ) 測(cè) 量 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院優(yōu) 點(diǎn) ： 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 可 靠 ， 測(cè) 量 力 小銜 鐵 為 0.5 200 10-5N時(shí) ， 磁 吸 力 為 (110) 10-5N。 分 辨 力 高 機(jī) 械 位 移 ： 0.1m， 甚 至 更 小 ； 角 位 移 ： 0.1角 秒 。輸 出 信 號(hào) 強(qiáng) ， 電 壓 靈 敏 度 可 達(dá) 數(shù) 百 mV/mm 。 重 復(fù) 性 好 ， 線 性 度 優(yōu) 良 在 幾 十 m到 數(shù) 百 mm的 位 移 范 圍 內(nèi) ， 輸 出 特 性 的線 性 度 較 好 ， 且 比 較 穩(wěn) 定 。不 足 ： 存 在 交 流 零 位

3、 信 號(hào) ， 不 宜 于 高 頻 動(dòng) 態(tài) 測(cè) 量 。 測(cè) 量 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院一 、 工 作 原 理 及 輸 出 特 性二 、 常 用 典 型 結(jié) 構(gòu)三 、 測(cè) 量 電 路 1、 交 流 電 橋 2、 變 壓 器 式 交 流 電 橋 3、 諧 振 式 測(cè) 量 電 路四 、 變 磁 阻 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用 6.1 變 磁 阻 式 傳 感 器 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院變 磁 阻 式 傳 感 器 的 基 本 工 作 原 理 演 示氣 隙 變 小 ， 電 感 變 大 ， 電 流 變 小F 6.1.1 變 磁 阻 式 傳 感 器 工 作 原 理 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

4、若 線 圈 匝 線 為 N， 通 入 線 圈 中 的 電 流 為 I ， 每 匝 線圈 產(chǎn) 生 的 磁 通 為 ， 由 電 感 的 定 義 有 ：設(shè) 磁 路 總 磁 阻 為 RM ， 則 磁 通 可表 示 為 ：以 上 兩 式 聯(lián) 立 得磁 路 總 磁 阻 R M 可 看 成 是 由 鐵 芯 磁 阻 RF 和 空 氣 隙 磁 阻 R 組 成 的 ， 即 6.1.1 變 磁 阻 式 傳 感 器 工 作 原 理 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院而一 般 RF R， 故其 中 ， N 線 圈 的 匝 數(shù) ； A 氣 隙 的 截 面 積 ； 0 空 氣 的 導(dǎo) 磁 率 ； 氣 隙 的 厚 度 。 6.1.1

5、變 磁 阻 式 傳 感 器 工 作 原 理 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 設(shè) 自 感 傳 感 器 的 初 始 氣 隙 為 0， 初 始 電 感 量 為 L0，銜 鐵 位 移 引 起 的 氣 隙 變 化 為 ， 可 得 初 始 電 感 量為 當(dāng) 銜 鐵 下 移 時(shí) ， 傳 感 器 氣 隙 增 大 ， 電 感 量變 化 為 L1 6.1.2 變 磁 阻 式 傳 感 器 輸 出 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院電 感 量 的 相 對(duì) 變 化 為當(dāng) 時(shí) ， 可 將 上 式 展 開(kāi) 成 泰 勒 級(jí) 數(shù) 形 式 6.1.2 變 磁 阻 式 傳 感 器 輸 出 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 同 理 ， 當(dāng)

6、銜 鐵 上 移 時(shí) ， 電 感 量 變 化 為 L2的 泰勒 級(jí) 數(shù) 形 式忽 略 二 次 項(xiàng) 以 上 的 高 次 項(xiàng) ， 可 得傳 感 器 的 靈 敏 度 為 6.1.2 變 磁 阻 式 傳 感 器 輸 出 特 性 2022 AWddLS 靈 敏 度 ： 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 在 實(shí) 際 使 用 中 ， 常 采 用 兩 個(gè) 相 同 的 傳 感 線 圈 共 用一 個(gè) 銜 鐵 ， 構(gòu) 成 差 動(dòng) 式 自 感 傳 感 器 ， 兩 個(gè) 線 圈 的 電 氣參 數(shù) 和 幾 何 尺 寸 要 求 完 全 相 同 。 這 種 結(jié) 構(gòu) 除 了 可 以 改善 線 性 、 提 高 靈 敏 度 外 ， 對(duì) 溫 度

7、 變 化 、 電 源 頻 率 變 化等 的 影 響 也 可 以 進(jìn) 行 補(bǔ) 償 ， 從 而 減 少 了 外 界 影 響 造 成的 誤 差 。 以 變 氣 隙 型 差 動(dòng) 自 感 傳 感 器 為 例 。 當(dāng) 磁 路 總 氣 隙改 變 時(shí) ， 電 感 量 的 相 對(duì) 變 化 為 6.1.2 變 磁 阻 式 傳 感 器 輸 出 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院變 隙 式 變 截 面 式 螺 線 管 式 6.1.2 變 磁 阻 式 傳 感 器 輸 出 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6.1.2 變 磁 阻 式 傳 感 器 輸 出 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6.1.2 變 磁 阻 式 傳 感

8、器 輸 出 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6.1.2 變 磁 阻 式 傳 感 器 輸 出 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6.1.2 變 磁 阻 式 傳 感 器 輸 出 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6.1.2 變 磁 阻 式 傳 感 器 輸 出 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6.1.2 變 磁 阻 式 傳 感 器 輸 出 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院差 動(dòng) 式 電 感 傳 感 器 工 作 原 理 及 輸 出 特 性 6.1.4 電 感 式 傳 感 器 測(cè) 量 電 路 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院軸 向 式 電 感 測(cè) 微 器 的 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 1引 線 電 纜 2固 定 磁

9、筒 3銜 鐵 4線 圈 5測(cè) 力 彈 簧 6防 轉(zhuǎn) 銷(xiāo) 7鋼 球 導(dǎo) 軌 （ 直 線 軸 承 ） 8測(cè) 桿 9密 封 套 10測(cè) 端 11被 測(cè) 工 件 12基 準(zhǔn) 面 1、 位 移 測(cè) 量 6.1.5 電 感 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 1氣 缸 2活 塞 3推 桿 4被 測(cè) 滾 柱 5落 料 管 6電感 測(cè) 微 器 7鎢 鋼 測(cè) 頭 8限 位 擋 板 9電 磁 翻 板 10容器 （ 料 斗 ）2、 電 感 式 滾 柱 直 徑 分 選 裝 置 6.1.5 電 感 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2. 電 感 式 滾 柱 直 徑 分 選 裝 置 （

10、 外 形 ）滑 道分 選 倉(cāng) 位 （ 參 考 中 原 量 儀 股 份 有 限 公 司 資 料 ） 6.1.5 電 感 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用 測(cè) 微 儀圓 柱 滾 子 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1標(biāo) 準(zhǔn) 靠 模 樣 板2測(cè) 端 （ 靠 模 輪 ）3電 感 測(cè) 微 器4銑 刀 龍 門(mén) 框 架5立 柱 6伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 7銑 刀 8毛 坯 3、 電 感 傳 感 器 在 仿 形 機(jī) 床 中 的 應(yīng) 用 6.1.5 電 感 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院該 圓 度 計(jì) 采 用 旁 向 式 電 感 測(cè) 微 頭4、 電 感 式 不 圓 度 計(jì) 原 理 6.1.5 電 感 式 傳

11、 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院電 感 式 不 圓 度 測(cè) 量 系 統(tǒng) 外 形（ 參 考 洛 陽(yáng) 匯 智 測(cè) 控 技 術(shù) 有 限 公 司 資 料 ）旋 轉(zhuǎn) 盤(pán)測(cè) 量 頭 6.1.5 電 感 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院不 圓 度 測(cè) 量 打 印 6.1.5 電 感 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1壓 力 輸 入 接 頭2波 紋 膜 盒3電 纜4印 制 線 路 板5差 動(dòng) 線 圈6銜 鐵7電 源 變 壓 器8罩 殼9指 示 燈10密 封 隔 板 11安 裝 底 座5、 壓 力 測(cè) 量 6.1.5 電 感 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇

12、科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第 六 章 電 感 式 傳 感 器本 章 內(nèi) 容 ： 變 磁 阻 式 傳 感 器 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 (互 感 型 ） 電 渦 流 式 傳 感 器測(cè) 量 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院一 、 工 作 原 理 及 等 效 電 路二 、 基 本 特 性三 、 測(cè) 量 電 路 1、 差 動(dòng) 整 流 電 路 2、 相 敏 檢 波 電 路 3、 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 及 其 補(bǔ) 償四 、 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 應(yīng) 用 6.2 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 互 感 式 傳 感 器 的 工 作 原 理 類(lèi) 似 于

13、變 壓 器 的 工 作 原理 。 主 要 包 括 有 銜 鐵 、 初 級(jí) 繞 組 、 次 級(jí) 繞 組 和 線 圈 框架 等 。 初 級(jí) 繞 組 、 次 級(jí) 繞 組 的 耦 合 能 隨 銜 鐵 的 移 動(dòng) 而變 化 ， 即 繞 組 間 的 互 感 隨 被 測(cè) 位 移 的 改 變 而 變 化 。 由 于 在 使 用 時(shí) 兩 個(gè) 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 和 參 數(shù) 完 全 相 同 的 次級(jí) 繞 組 采 用 反 向 串 接 ， 以 差 動(dòng) 方 式 輸 出 ， 所 以 又 把 這種 傳 感 器 稱(chēng) 為 差 動(dòng) 變 壓 器 式 電 感 傳 感 器 ， 通 常 簡(jiǎn) 稱(chēng) 為差 動(dòng) 變 壓 器 。 初 級(jí) 繞 組 作

14、為 差 動(dòng) 變 壓 器 激 勵(lì) 用 ， 相 當(dāng) 于 變 壓 器的 原 邊 ， 而 次 級(jí) 繞 組 相 當(dāng) 于 變 壓 器 的 副 邊 。 6.2.1 工 作 原 理 及 等 效 電 路 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院工 作 原 理 ： 互 感 現(xiàn) 象Ew Eout 1-活 動(dòng) 銜 鐵 ； 2-導(dǎo) 磁 外 殼 ； 3-骨 架 ； 4-匝 數(shù) 為 1的 初 級(jí) 繞 組 ； 5-匝 數(shù) 為 2a的次 級(jí) 繞 組 ； 6-匝 數(shù) 為 2b的 次 級(jí) 繞 組 21 3456螺 線 管 式 差 動(dòng)變 壓 器 結(jié) 構(gòu) 6.2.1 工 作 原 理 及 等 效 電 路 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院差 動(dòng) 變 壓 器 等

15、效 電 路 6.2.1 工 作 原 理 及 等 效 電 路 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 當(dāng) 差 動(dòng) 變 壓 器 的 銜 鐵 處 于 中 間 位 置 時(shí) ， 理 想 條 件下 其 輸 出 電 壓 為 零 。 但 實(shí) 際 上 ， 當(dāng) 使 用 橋 式 電 路 時(shí) ，在 零 點(diǎn) 仍 有 一 個(gè) 微 小 的 電 壓 值 (從 零 點(diǎn) 幾 mV到 數(shù) 十 mV)存 在 ， 稱(chēng) 為 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 。 如 圖 是 擴(kuò) 大 了 的 零 點(diǎn) 殘 余電 壓 的 輸 出 特 性 。 0 e2 x-x e20 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 的存 在 造 成 零 點(diǎn) 附 近 的不 靈 敏 區(qū) ； 零 點(diǎn) 殘 余電 壓

16、輸 入 放 大 器 內(nèi) 會(huì)使 放 大 器 末 級(jí) 趨 向 飽和 ， 影 響 電 路 正 常 工作 等 。1、 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 6.2.2 基 本 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 1 基 波 正 交 分 量 2 基 波 同 相 分 量 3 二 次 諧 波 4 三 次 諧 波 5 電 磁 干 擾 e e1 e20e20 1 2 3 4 5(a) 殘 余 電 壓 的 波 形 (b) 波 形 分 析 tt 圖 中 e1為 差 動(dòng) 變壓 器 初 級(jí) 的 激 勵(lì) 電壓 ， e20包 含 基 波 同相 成 分 、 基 波 正 交成 分 ， 二 次 及 三 次諧 波 和 幅 值 較 小 的電 磁 干

17、 擾 等 。 1、 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 6.2.2 基 本 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 產(chǎn) 生 原 因 a、 基 波 分 量 由 于 差 動(dòng) 變 壓 器 兩 個(gè) 次 級(jí) 繞 組不 可 能 完 全 一 致 ， 因 此 它 的 等 效 電 路 參 數(shù) （ 互 感M、 自 感 L及 損 耗 電 阻 R） 不 可 能 相 同 ， 從 而 使 兩個(gè) 次 級(jí) 繞 組 的 感 應(yīng) 電 勢(shì) 數(shù) 值 不 等 。 又 因 初 級(jí) 線 圈中 銅 損 電 阻 及 導(dǎo) 磁 材 料 的 鐵 損 和 材 質(zhì) 的 不 均 勻 ，線 圈 匝 間 電 容 的 存 在 等 因 素 ， 使 激 勵(lì) 電

18、 流 與 所 產(chǎn)生 的 磁 通 相 位 不 同 。1、 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 6.2.2 基 本 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 產(chǎn) 生 原 因 b、 高 次 諧 波 高 次 諧 波 分 量 主 要 由 導(dǎo) 磁 材 料磁 化 曲 線 的 非 線 性 引 起 。 由 于 磁 滯 損 耗 和 鐵 磁 飽和 的 影 響 ， 使 得 激 勵(lì) 電 流 與 磁 通 波 形 不 一 致 產(chǎn) 生了 非 正 弦 (主 要 是 三 次 諧 波 )磁 通 ， 從 而 在 次 級(jí) 繞組 感 應(yīng) 出 非 正 弦 電 勢(shì) 。 另 外 ， 激 勵(lì) 電 流 波 形 失 真 ，因 其 內(nèi) 含 高 次

19、諧 波 分 量 ， 這 樣 也 將 導(dǎo) 致 零 點(diǎn) 殘 余電 壓 中 有 高 次 諧 波 成 分 。1、 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 6.2.2 基 本 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 a 從 設(shè) 計(jì) 和 工 藝 上 保 證 結(jié) 構(gòu) 對(duì) 稱(chēng) 性 為 保 證 線 圈 和 磁 路 的 對(duì) 稱(chēng) 性 ， 首 先 ， 要 求 提 高加 工 精 度 ， 線 圈 選 配 成 對(duì) ， 采 用 磁 路 可 調(diào) 節(jié) 結(jié) 構(gòu) 。其 次 ， 應(yīng) 選 高 磁 導(dǎo) 率 、 低 矯 頑 力 、 低 剩 磁 感 應(yīng) 的 導(dǎo)磁 材 料 。 并 應(yīng) 經(jīng) 過(guò) 熱 處 理 ， 消 除 殘 余 應(yīng) 力 ， 以 提 高磁 性 能 的 均

20、勻 性 和 穩(wěn) 定 性 。 由 高 次 諧 波 產(chǎn) 生 的 因 素可 知 ， 磁 路 工 作 點(diǎn) 應(yīng) 選 在 磁 化 曲 線 的 線 性 段 。消 除 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 方 法1、 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 6.2.2 基 本 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院b、 選 用 合 適 的 測(cè) 量 線 路 采 用 相 敏 檢 波 電 路 不 僅可 鑒 別 銜 鐵 移 動(dòng) 方 向 ， 而 且把 銜 鐵 在 中 間 位 置 時(shí) ， 因 高次 諧 波 引 起 的 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓消 除 掉 。 如 圖 ， 采 用 相 敏 檢波 后 銜 鐵 反 行 程 時(shí) 的 特 性 曲線 由 1變 到 2， 從

21、 而 消 除 了 零點(diǎn) 殘 余 電 壓 。 e2 +x-x 21 0相 敏 檢 波 后 的 輸 出 特 性消 除 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 方 法1、 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 6.2.2 基 本 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院c 采 用 補(bǔ) 償 線 路(1) 由 于 兩 個(gè) 次 級(jí) 線 圈 感 應(yīng) 電 壓 相 位 不 同 ， 并 聯(lián) 電 容 可 改 變 其一 的 相 位 ， 也 可 將 電 容 C改 為 電 阻 ， 如 圖 (a)。 由 于 R的 分 流 作用 將 使 流 入 傳 感 器 線 圈 的 電 流 發(fā) 生 變 化 ， 從 而 改 變 磁 化 曲 線的 工 作 點(diǎn) ， 減 小 高 次

22、諧 波 所 產(chǎn) 生 的 殘 余 電 壓 。 圖 (b)中 串 聯(lián) 電阻 R可 以 調(diào) 整 次 級(jí) 線 圈 的 電 阻 分 量 。 e 1 e2CR e1 e2CR(a) (b)調(diào) 相 位 式 殘 余 電 壓 補(bǔ) 償 電 路 6.2.2 基 本 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 (2) 并 聯(lián) 電 位 器 W用 于 電 氣 調(diào) 零 ， 改 變 兩 次 級(jí) 線 圈 輸 出 電 壓的 相 位 ， 如 圖 所 示 。 電 容 C(0.02F)可 防 止 調(diào) 整 電 位 器 時(shí) 使 零 點(diǎn)移 動(dòng) 。 e 1 e2C R1R2W電 位 器 調(diào) 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 補(bǔ) 償 電 路c 采 用 補(bǔ) 償 線

23、路 6.2.2 基 本 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院(2) 相 敏 檢 波 電 路 6.2.3 差 動(dòng) 變 壓 器 傳 感 器 測(cè) 量 電 路 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院(b) 差 動(dòng) 變 壓 器 激 磁 電 壓 波 形(d) 相 敏 檢 波 解 調(diào) 電 壓 波 形(c) 差 動(dòng) 變 壓 器 輸 出 電 壓 波 形 (e) 相 敏 檢 波 輸 出 電 壓 波 形 被 測(cè) 位 移 變 化 波 形 圖(2) 相 敏 檢 波 電 路 6.2.3 差 動(dòng) 變 壓 器 傳 感 器 測(cè) 量 電 路 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院案 例 1： 板 的 厚 度 測(cè) 量 6.2.4 差 動(dòng) 變 壓 器 傳 感 器

24、應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第 六 章 電 感 式 傳 感 器 變 磁 阻 式 傳 感 器 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 電 渦 流 式 傳 感 器本 章 內(nèi) 容 ： 測(cè) 量 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院一 、 工 作 原 理二 、 基 本 特 性三 、 電 渦 流 形 成 范 圍 1、 電 渦 流 徑 向 形 成 范 圍 2、 電 渦 流 強(qiáng) 度 與 距 離 的 關(guān) 系 3、 電 渦 流 的 軸 向 貫 穿 深 度四 、 電 渦 流 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用 6.3 電 渦 流 式 傳 感 器 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院電 渦 流 效 應(yīng) 演 示 當(dāng) 電 渦 流 線 圈

25、 與 金屬 板 的 距 離 x減 小 時(shí) ，電 渦 流 線 圈 的 等 效 電 感L減 小 ， 流 過(guò) 電 渦 流 線圈 的 電 流 i 1 增 大 。 6.3.1 電 渦 流 式 傳 感 器 工 作 原 理 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院干 凈 、 高 效 的 電 磁 爐 6.3.1 電 渦 流 式 傳 感 器 工 作 原 理 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院集 膚 效 應(yīng) 集 膚 效 應(yīng) 與 激 勵(lì) 源 頻 率 f、工 件 的 電 導(dǎo) 率 、 磁 導(dǎo) 率 等 有關(guān) 。 頻 率 f越 高 ， 電 渦 流 滲 透 的 深 度 就 越 淺 ， 集 膚 效 應(yīng) 越 嚴(yán) 重 。 當(dāng) 高 頻 （ 100kH z左

26、右 ） 信 號(hào) 源 產(chǎn) 生 的 高 頻 電 壓 施 加 到 一 個(gè)靠 近 金 屬 導(dǎo) 體 附 近 的 電 感 線 圈 L1時(shí) ， 將 產(chǎn) 生 高 頻 磁 場(chǎng) H1。 如 被測(cè) 導(dǎo) 體 置 于 該 交 變 磁 場(chǎng) 范 圍 之 內(nèi) 時(shí) ， 被 測(cè) 導(dǎo) 體 就 產(chǎn) 生 電 渦 流 i2。i2在 金 屬 導(dǎo) 體 的 縱 深 方 向 并 不 是 均 勻 分 布 的 ， 而 只 集 中 在 金 屬 導(dǎo)體 的 表 面 ， 這 稱(chēng) 為 集 膚 效 應(yīng) （ 也 稱(chēng) 趨 膚 效 應(yīng) ） 。 6.3.1 電 渦 流 式 傳 感 器 工 作 原 理 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院等 效 阻 抗 分 析 檢 測(cè) 深 度 與

27、激 勵(lì) 源 頻 率 有 何 關(guān) 系 ？ 電 渦 流 線 圈 受 電 渦 流 影 響 時(shí) 的 等 效 阻 抗 Z為 ： 如 果 控 制 上 式 中 的 i 1、 f、 、 、 r不 變 ， 電 渦 流 線圈 的 阻 抗 Z就 成 為 哪 個(gè) 非 電 量 的 單 值 函 數(shù) ？ 屬 于接 觸 式 測(cè) 量 還 是 非 接 觸 式 測(cè) 量 ？ ),( xrfifLjRZ 6.3.1 電 渦 流 式 傳 感 器 工 作 原 理 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院等 效 阻 抗 與 非 電 量 的 測(cè) 量 檢 測(cè) 深 度 的 控 制 ： 由 于 存 在 集 膚 效 應(yīng) ， 電 渦 流 只能 檢 測(cè) 導(dǎo) 體 表 面

28、的 各 種 物 理 參 數(shù) 。 改 變 激 勵(lì) 源 頻 率 ，可 控 制 檢 測(cè) 深 度 。 多 種 用 途 ： 可 以 用 來(lái) 檢 測(cè) 與 表 面 電 導(dǎo) 率 有 關(guān) 的 表面 溫 度 、 表 面 裂 紋 等 參 數(shù) ， 或 者 用 來(lái) 檢 測(cè) 與 材 料 磁 導(dǎo)率 有 關(guān) 的 材 料 型 號(hào) 、 表 面 硬 度 等 參 數(shù) 。 6.3.1 電 渦 流 式 傳 感 器 工 作 原 理 間 距 x的 測(cè) 量 ： 如 果 固 定 其 他 因 素 不 變 ， 僅 改 變間 距 x， 電 渦 流 線 圈 的 阻 抗 Z就 成 為 間 距 x的 單 值 函 數(shù) ，可 用 于 非 接 觸 測(cè) 量 距 離

29、 或 位 移 。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6.3.1 電 渦 流 式 傳 感 器 工 作 原 理 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院電 磁 爐 的 工 作 原 理 高 頻 電 流 通 過(guò) 勵(lì) 磁 線 圈 ， 產(chǎn) 生 交 變 磁 場(chǎng) ， 在 鐵 質(zhì) 鍋底 會(huì) 產(chǎn) 生 無(wú) 數(shù) 的 電 渦 流 使 鍋 底 自 行 發(fā) 熱 ， 燒 開(kāi) 鍋 內(nèi) 的食 物 。 6.3.1 電 渦 流 式 傳 感 器 工 作 原 理 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院電 渦 流 傳 感 器 簡(jiǎn) 化 模 型1 傳 感 器 線 圈2 短 路 環(huán)3 被 測(cè) 金 屬 導(dǎo) 體 6.3.2 電 渦 流 式 傳 感 器 基 本 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工

30、程學(xué)院電 渦 流 傳 感 器 等 效 電 路 6.3.2 電 渦 流 式 傳 感 器 基 本 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 1、 電 渦 流 徑 向 形 成 范 圍 6.3.2 電 渦 流 式 傳 感 器 基 本 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院電 渦 流 強(qiáng) 度 與 距 離 歸 一 化 曲 線 2、 電 渦 流 強(qiáng) 度 與 距 離 的 關(guān) 系 6.3.2 電 渦 流 式 傳 感 器 基 本 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院電 渦 流 密 度 軸 向 分 布 曲 線 3、 電 渦 流 的 軸 向 貫 穿 深 度 6.3.2 電 渦 流 式 傳 感 器 基 本 特 性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)

31、院位 移 測(cè) 量 包 含 ： 偏 心 、 間 隙 、 位 置 、傾 斜 、 彎 曲 、 變 形 、 移動(dòng) 、 圓 度 、 沖 擊 、 偏 心率 、 沖 程 、 寬 度 等 等 。來(lái) 自 不 同 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 的 許多 量 都 可 歸 結(jié) 為 位 移 或間 隙 變 化 。 數(shù) 顯 位 移 測(cè) 量 儀 及 探 頭 1、 位 移 測(cè) 量 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院V系 列 電 渦 流 位 移 傳 感 器 性 能 一 覽 表 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技

32、大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院電 渦 流 位 移 傳 感 器 的 距 離與 輸 出 電 壓 特 性 曲 線 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 某 渦 流 傳 感 器 的 輸 入 （ mm） 輸 出 （ V） 特 性 曲 線 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院偏 心 和 振 動(dòng) 檢 測(cè) 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院軸 的 徑 向 振 動(dòng) 測(cè) 量 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院測(cè) 量 金 屬 薄 膜測(cè) 量 冷 軋 板 厚 度 6.3.3 電 渦 流

33、傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院高 頻 反 射 式 渦 流 測(cè) 厚 儀 測(cè) 試 系 統(tǒng) 圖 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院測(cè) 量 尺 寸 、 公 差 及 零 件 識(shí) 別通 過(guò) 測(cè) 量 間 隙 來(lái) 測(cè) 定 熱 膨 脹 引 起 的 上 下 平 移 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院3、 轉(zhuǎn) 速 測(cè) 量 若 轉(zhuǎn) 軸 上 開(kāi) z 個(gè) 槽 (或 齒 )， 頻 率 計(jì) 的 讀 數(shù) 為 f (單位 為 H z)， 轉(zhuǎn) 軸 的 轉(zhuǎn) 速 n： 60 fn z 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大

34、學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 例 ： 圖 中 ， 設(shè) 齒 數(shù) z =48， 測(cè) 得 頻 率 f=120H z， 求該 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 速 n。3、 轉(zhuǎn) 速 測(cè) 量 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院4、 鍍 層 厚 度 測(cè) 量 由 于 存 在 集 膚 效 應(yīng) ， 鍍 層 或 箔 層 越 薄 ， 電 渦 流 越 小 。測(cè) 量 前 ， 可 先 用 電 渦 流 測(cè) 厚 儀 對(duì) 標(biāo) 準(zhǔn) 厚 度 的 鍍 層 和 銅 箔作 出 “ 厚 度 -輸 出 ” 電 壓 的 標(biāo) 定 曲 線 ， 以 便 測(cè) 量 時(shí) 對(duì) 照 。 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工

35、程學(xué)院5、 電 渦 流 式 通 道 安 全 檢 查 門(mén) 安 檢 門(mén) 的 內(nèi) 部 設(shè) 置 有 發(fā) 射 線 圈 和接 收 線 圈 。 當(dāng) 有 金 屬 物 體 通 過(guò) 時(shí) ， 交變 磁 場(chǎng) 就 會(huì) 在 該 金 屬 導(dǎo) 體 表 面 產(chǎn) 生 電渦 流 ， 會(huì) 在 接 收 線 圈 中 感 應(yīng) 出 電 壓 ，計(jì) 算 機(jī) 根 據(jù) 感 應(yīng) 電 壓 的 大 小 、 相 位 來(lái)判 定 金 屬 物 體 的 大 小 。 在 安 檢 門(mén) 的 側(cè)面 還 安 裝 一 臺(tái) “ 軟 x光 ” 掃 描 儀 ， 它對(duì) 人 體 、 膠 卷 無(wú) 害 ， 用 軟 件 處 理 的 方 法 ， 可 合 成 完 整 的 光 學(xué) 圖 像 。 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院安 檢 門(mén) 演 示 當(dāng) 有 金 屬 物 體 穿越 安 檢 門(mén) 時(shí) 報(bào) 警 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院6、 電 渦 流 表 面 探 傷 手 持 式 裂 紋 測(cè) 量 儀 油 管 探 傷 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用 江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6.3.3 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng) 用