2.6 电涡流式传感器（课件）-高一《传感器及应用》同步精品课堂（高教版—第2版）

2.6 电涡流式传感器 传感器及应用 第一章 常用低压电器 1 学习目标 知识目标 熟悉和掌握电涡流式传感器的应用。 能力目标 理解和运用电涡流式传感器的基本工作原理和结构与测量转换电路等内容进行掌握。 情感目标 注重基本概念、基本原理、基本方法的阐述，并考虑中等职业教育的特点，避免了理论推导，增强了实际应用等方面的知识。 新课导入 思考：分小组总结结构与测量转换电路。 新知学习 一 、基本工作原理 金属导体置于变化的磁场中，导体内就会有感应电流产生，这种电流在金属体内自行闭合，通常称为电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量，从而使激励线圈的阻抗发生变化。电涡流式传感器的工作原理就是基于这种涡流效应。 新知学习 一 、基本工作原理 电涡流式传感器的基本原理示意图如图所示。 一个通有交变电流I₁ 的传感线圈，由于电流的周期性变化，在线圈周围就产生一个交变磁场H 。 如被测导体置于该磁场范围之内，被测导体便产生涡流I₂,电涡流也将产生一个新的磁场H₂。H₂和 H₁方向相反，由于磁场 H₂的反作用使通电线圈的等效阻抗发生变化。 新知学习 一 、基本工作原理 当金属导体靠近线圈时，金属导体产生涡流的大小与金属导体的电阻率p 、磁导率μ、厚度 t 、线圈与金属导体间的距离s 以及线圈激励电流的大小和角频率w 等参数有关。 新知学习 一 、基本工作原理 如固定其中某些参数，就能按涡流的大小测量出另外一些参数。为了使问题简化，可把金属导体理解为一个短路线圈，并用R₂表示这个短路线圈的电阻；用L₂表示它的电感；用M 表示它与空心线圈之间的互感。再假设电涡流空心线圈的电阻与电感分别为 R, 和L₁,就可画出如图所示的等效电路。 新知学习 一 、基本工作原理 经推导，电涡流线圈受被测金属导体影响后的等效阻抗为 式中 R—— 电涡流线圈工作时的等效电阻； L——电涡流线圈工作时的等效电感。 新知学习 一 、基本工作原理 等效电阻、等效电感都是此系统互感系数平方的函数。因此，只有 当测距范围较小时才能保证一定的线性度。凡是能引起涡流变化的非电量，例如金属的电导 率、磁导率、几何形状、线圈与导体间的距离等，均可通过测量线圈的等效电阻、等效电感、 等效阻抗来获得，这就是电涡流式传感器的工作原理。 新知学习 1.电涡流式传感器的结构 二 、结构与测量转换电路 电涡流式传感器的结构比较简单，图2-35所示是 CZF-1 型涡流传感器的结构。它主要是一个固定在框架上的扁平圆线圈，线圈的导线要求选用电阻率小的材料， 一般采用多股漆包铜 线或银线绕制而成，放在传感器的端部。框架要求用损耗小、电性能好、热膨胀系数小的材料， 一般可选用聚四氟乙烯、高频陶瓷等制成。 新知学习 1.电涡流式传感器的结构 二 、结构与测量转换电路 CZF-1 系列传感器性能表 型号 线性范围/μm 线圈外径/mm 分辨率/μm 线性误差/% 使用温度/℃ CZF-1000 1000 φ7 1 <3 -15～+80 CZF-3000 3000 φ15 3 <3 -15～+80 CZF-5000 5000 φ28 5 <3 -15~+80 新知学习 2. 测量转换电路 二 、结构与测量转换电路 电涡流式传感器的测量转换电路有电桥法、调幅法和调频法。下面简要介绍调频法的工作原理，其转换电路原理框图如图所示。 新知学习 1. 位移测量 三 、电涡流式传感器的应用 电涡流式传感器可用来测量各种形状金属导体试件的位移量，如汽轮机 主轴的轴向位移、磨床换向阀及先导阀的轴位移和金属试件的热膨胀系数等。测量位移范围可 以从0～1 mm 到0～30 mm。分辨率为满量程的0.1%。 新知学习 2. 振幅测量 三 、电涡流式传感器的应用 电涡流式传感器可以无接触地测量旋转轴的径向振动；也可以测量汽轮机涡轮叶片的振幅，如图2-38b所示。有时为了解轴的振动形状，可用数个电涡流式传感器并排地安置在附近测量，如图2-38c所示。 新知学习 3. 转速测量 三 、电涡流式传感器的应用 在旋转体上开一条或数条槽或做成齿状，旁边安装一个电涡流式传感器，如图2-39所 示，当转轴转动时，传感器周期性地改变着与转轴之间的距离，于是它的输出也周期性地 发生变化。此输出信号经放大、变换后，可以用频率计测出其变化频率，从而测出转轴的 转速。若转轴上开2个槽，频率计读数为f(单位为Hz), 则转轴的转速n (单位为r/min) 的数值为 新知学习 4. 电涡流探伤 三 、电涡流式传感器的应用 利用电涡流式传感器可以检查金属表面裂纹、热处理裂纹以及焊接处的缺陷等。在探伤 时，传感器应与被测导体保持距离不变。检测时，由于裂陷出现，将引起导体的电导率、磁导 率的变化，即涡流损耗改变，从而引起输出电压