電渦流傳感器關鍵技術理論與實驗研究.pdf

1、電渦流傳感器已步人工業(yè)實用化階段，但其在研制過程中存在諸多因素的限制，導致生產出來的傳感器元件在被測材料敏感性、測量范圍和溫度漂移等方面存在一些不容忽視的問題，一定程度上限制了電渦流傳感器的使用范圍。為了解決傳統(tǒng)渦流傳感器這三個關鍵技術問題，本文研究探頭結構及其幾何參數與線圈阻抗的關系，并以此指導探頭結構的優(yōu)化設計。
　　論文首先對投影變換方法的可行性進行研究。用Φ8、Φ11和Φ16這3種規(guī)格的探頭進行實驗，測得探頭在七種不同被測

2、材料下的阻抗數據。經投影變換方法處理后，Φ8傳感器最大相對誤差為0.68％;Φ11傳感器最大相對誤差為1.32％;Φ16傳感器最大相對誤差為1.15％，在誤差范圍內。因此，阻抗投影變換方法對Φ8、Φ11和Φ16傳感器都適用，具有一定的應用廣度。同時線圈阻抗與線圈激勵頻率有關，為了更好地使用阻抗投影變換方法，在1MHz、800KHz、600KHz和400KHz四種激勵頻率下對Φ8傳感器進行實驗，得出線圈激勵頻率在800KHz左右取值為最佳

3、。
　　阻抗投影變換方法對于消除渦流傳感器的材料敏感性是可行的，但是與傳統(tǒng)的渦流傳感器相比測量范圍略有減小，可以通過改進探頭線圈進一步擴大量程。通過理論分析線圈形狀和幾何參數對傳感器性能的影響，得出傳感器測量范圍與線圈外徑、內徑和寬度有關。本文設計了5種不同內徑和寬度的Φ16mm傳感器探頭，通過實驗分析得出:內徑太大或太小，寬度太寬或太窄都會減小傳感器的測量范圍。因此，對于本實驗所采用的中16mm傳感器，當線圈外徑為14mm，內徑

4、為12mm左右，寬度為4mm左右時，具有較大的測量范圍。
　　電渦流傳感器易受溫度影響產生溫漂，特別是在高溫區(qū)域內存在嚴重的測量誤差，使其應用受到很大的限制。通過理論分析得出，電渦流傳感器的溫度補償主要集中于探頭線圈的補償。根據探頭線圈等效電阻隨溫度變化規(guī)律得出，合理選擇導線線徑、導線長度和線圈激勵頻率，可以實現(xiàn)溫度漂移的自動補償。用上文選定的Φ16mm傳感器探頭設計溫漂實驗，通過實驗數據分析得出:導線線徑太粗或太細、線圈匝數太多

5、或太少和線圈激勵頻率太低都會使傳感器輸出溫漂增加。對于本實驗所采用的Φ16mm傳感器探頭，要使傳感器具有較小的輸出溫漂，導線線徑應在0.17mm左右取值，線圈匝數應在57圈左右取值;綜合考慮渦流傳感器被測材料敏感性、測量范圍和溫度漂移這三個因素，線圈激勵頻率在800KHz～900KHz范圍內取值為最佳。
　　本文通過對多種直徑的探頭進行實驗，驗證了投影變換方法的適用性，為傳感器的優(yōu)化提供理論依據。從線圈內徑、寬度、導線線徑、長度和