《傳感器及檢測技術(shù)》配套PPT課件
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電渦流傳感器原理及其應(yīng)用
一、 電渦流傳感器工作原理
1、電渦流效應(yīng)演示
當(dāng)電渦流線圈與金屬板的距離x 減小時(shí)，電渦流線圈的等效電感L 減小，等效電阻R 增大。感抗XL 的變化比R的變化大得多，流過電渦流線圈的電流 i1 增大。
2、集膚效應(yīng)
當(dāng)高頻（100kHz左右）信號源產(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H1。如被測導(dǎo)體置于該交變磁場范圍之內(nèi)時(shí)，被測導(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，這稱為集膚效應(yīng)（也稱趨膚效應(yīng)）。
集膚效應(yīng)與激勵(lì)源頻率f、工件的電導(dǎo)率s、磁導(dǎo)率m等有關(guān)。頻率f越高，電渦流的滲透的深度就越淺，集膚效應(yīng)越嚴(yán)重。
3、等效阻抗分析
電渦流線圈受電渦流影響時(shí)的等效阻抗Z的函數(shù)表達(dá)式為：
Z=R+jωL=f（i1、f、m、s、r、x）
檢測深度的控制：由于存在集膚效應(yīng)，電渦流只能檢測導(dǎo)體表面的各種物理參數(shù)。改變f，可控制檢測深度。激勵(lì)源頻率一般設(shè)定在100kHz~1MHz。頻率越低，檢測深度越深。
間距x的測量：如果控制上式中的i1、f、m、s、r不變，電渦流線圈的阻抗Z就成為間距x的單值函數(shù)，這樣就成為非接觸地測量位移的傳感器。
多種用途：如果控制x、i1、f不變，就可以用來檢測與表面電導(dǎo)率s有關(guān)的表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來檢測與材料磁導(dǎo)率m有關(guān)的材料型號、表面硬度等參數(shù)。
4、電磁爐的工作原理
電磁爐內(nèi)部的勵(lì)磁線圈
高頻電流通過勵(lì)磁線圈，產(chǎn)生交變磁場，在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生無數(shù)的電渦流，使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)的食物。
二、 電渦流傳感器結(jié)構(gòu)及特性
1、電渦流探頭
電渦流探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)
1—電渦流線圈 2—探頭殼體 3—?dú)んw上的位置調(diào)節(jié)螺紋4—印制線路板 5—夾持螺母 6—電源指示燈
7—閾值指示燈 8—輸出屏蔽電纜線 9—電纜插頭
2、CZF-1系列傳感器的性能
三、 電渦流傳感器的應(yīng)用
1、位移測量
電渦流位移傳感器是一種輸出為模擬電壓的電子器件。接通電源后，在電渦流探頭的有效面（感應(yīng)工作面）將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場。 當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí)，金屬表面將吸取電渦流探頭中的高頻振蕩能量，使振蕩器的輸出幅度線性地衰減，根據(jù)衰減量的變化，可地計(jì)算出與被檢物體的距離、振動(dòng)等參數(shù)。這種位移傳感器屬于非接觸測量，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，壽命較長，可在各種惡劣條件下使用。
位移測量包含：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。
4~20mA電渦流位移傳感器外形
齊平式電渦流位移傳感器外形
齊平式傳感器安裝時(shí)可以不高出安裝面，不易被損害。
V系列電渦流位移傳感器外形
某V系列電渦流位移傳感器的機(jī)械圖
V系列電渦流位移傳感器性能一覽表
2、偏心和振動(dòng)檢測
3、通過測量間隙來測量徑向跳動(dòng)
4、測量彎曲、波動(dòng)、變形
5、測量金屬薄膜、板材厚度電渦流測厚儀
6、測量厚度、尺寸、間隙等
7、電渦流式通道安全檢查門
安檢門的內(nèi)部設(shè)置有發(fā)射線圈和接收線圈。當(dāng)有金屬物體通過時(shí)，交變磁場就會(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、相位來判定金屬物體的大小。在安檢門的側(cè)面還安裝一臺“軟x光”掃描儀，它對人體、膠卷無害，用軟件處理的方法，可合成完整的光學(xué)圖像。
四、電渦流傳感器的分析
電渦流探頭線圈的阻抗受諸多因素影響，例如金屬材料的厚度、尺寸、形狀、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、表面因素、距離等。只要固定其他因素就可以用電渦流傳感器來測量剩下的一個(gè)因素。因此電渦流傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。但也同時(shí)帶來許多不確定因素，一個(gè)或幾個(gè)因素的微小變化就足以影響測量結(jié)果。所以電渦流傳感器多用于定性測量。 即使要用作定量測量，也必須采用逐點(diǎn)標(biāo)定、計(jì)算機(jī)線性糾正、溫度補(bǔ)補(bǔ)償?shù)却胧?
電渦流傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)：它可進(jìn)行非接觸測量，并且測量范圍大，靈敏度高，不受油污等介質(zhì)的影響，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便等。它廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中（包括化工，電站等設(shè)備），大量利用電渦流傳感器進(jìn)行軸向位移和徑向振動(dòng)、轉(zhuǎn)速及相位測量和長期監(jiān)視。目前國內(nèi)外生產(chǎn)汽輪機(jī)組、壓縮機(jī)等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的許多廠家都配備了機(jī)械保護(hù)系統(tǒng)，其中就采用了電渦流位移傳感器。??
電渦流傳感器的主要缺點(diǎn)是：對被測材料敏感性強(qiáng)。如果被測對象的材料不 同，定頻、調(diào)幅式、變頻調(diào)幅式傳感器的靈敏度和線性范圍都要改變，必須重新矯校正。就是對同一種被測材料來說，如果被測表面的材質(zhì)不均勻，或者工件內(nèi)部有裂痕，都會(huì)影響測量結(jié)果。測量軸振動(dòng)時(shí)，軸的不圓度也將反映的振幅值中。所以測量時(shí)要選擇合適的測量點(diǎn)和均質(zhì)光滑的測量表面。要測量準(zhǔn)確，對被測體的幾何形狀也是有一定要求的。當(dāng)被測體為平板形時(shí)，傳感器頭部應(yīng)該有一定的空間，而不能有導(dǎo)電導(dǎo)體材料。同時(shí)還有被測體要大于傳感器直徑的三倍，否則會(huì)使靈敏度降低。如果別測體為圓柱時(shí)，其直徑必須為傳感器線圈直徑的三倍以上。被測體厚度不能太薄，對一般鋼材來說，其厚度要大于0.2mm。
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