3.3渦流式傳感器

1、13.33.3渦流式傳感器渦流式傳感器電感線圈通一交變電流，導線周圍就會產生的變化的磁場，將導體置于此磁場中，磁力線經過金屬導體時，金屬導體就會產生感應電流，且呈閉合回線，類似于水渦流形狀，故稱之為電渦流電渦流，簡稱渦流，如圖3.3.1所示。這種現(xiàn)象叫渦流效應渦流效應。渦流式傳感器就是利用渦流效應來工作的。渦流的大小與金屬導體的電阻率、導磁率、金屬導體的厚度、線圈激勵信號頻率以及線圈??h?與金屬導體間的距離等參數有關。若只改變某一參數

2、，固定其余參數，電渦流的就成為這一參數的單x值函數。由于渦流深度與傳感器線圈的激勵信號頻率有關，頻率越高，穿透深度越小，頻率越低，穿透深度越小，故電渦流傳感器可分為高頻反射式高頻反射式和低頻透射式低頻透射式，它們基本工作原理相似，這里以高頻反射式渦流傳感器為例說明其原理及特性。3.3.13.3.1工作原理工作原理設圖3.3.1中，有一通以交變電流的傳感器線圈，由于的存在，線圈周圍就產生一個交變磁場1I?1I?。若被測導體置于該磁場范圍內

3、，由法拉第電磁感應定律，導體內將產生電渦流，也將產生一個1H2I?2I?新磁場，且的方向與相反，力圖削弱的作用，從而使激勵線圈的電感量、阻抗和品質因數2H2H1H1H發(fā)生變化。圖3.3.1電渦流傳感器的基本原理圖3.3.2電渦流傳感器的等效電路為分析方便，建立電渦流傳感器的簡化模型以得到其等效電路。將被測導體看作一短路環(huán)，其上形成的電渦流等效為短路環(huán)中的電流，和為短路環(huán)的等效電阻和電感，如圖3.3.2所示，設線圈的電2R2L阻為，電感為

4、，加在線圈兩端的激勵電壓為。線圈與被測導體等效為相互耦合的兩個線圈，它1R1L1U?們之間的互感系數是距離的函數，隨的增大而減小。??Mxxx對電渦流傳感器的等效電路，根據基爾霍夫電壓定律，列出回路1和回路2的電壓平衡方程111121222210RIjLIjMIURIjLIjMI??????????????????????解方程可得到回路內的電流和，并可進一步求得傳感器線圈受金屬導體影響后的等效阻抗為1I?2I?222211212222

5、22212222UMMZRRjLLIRLRL????????????????????3圈產生的磁場，故叫反磁場。這些作用都將“反射”回原激勵線圈，改變原線圈的阻抗，從而可以測量金屬材料到線圈的距離。圖3.3.4所示的是被測體直徑對靈敏度的影響，縱坐標為相對靈敏度，橫坐標表示被測體直kDd徑與線圈直徑的比值。由圖看出，當時，靈敏度將減小一半。為充分利用電渦流效應，被測12Dd?體的直徑不應小于線圈直徑的1.8倍，即。1.8Dd?同樣，對被

6、測體厚度也有一定的要求，一般厚度需大于0.2mm，當然，這與激勵頻率有關，激勵h頻率越高，穿透深度越淺，反射效果越好。圖3.3.3電渦流傳感器的結構圖3.3.4被測體直徑對靈敏度的影響2低頻透射式低頻透射式電渦流傳感器低頻透射式電渦流傳感器，其激勵頻率低，貫穿深度大，透射效果越好，適用于測量金屬材料的厚度，結構如圖3.3.5所示。2U?2U?圖3.3.5低頻透射式電渦流傳感器圖3.3.6不同頻率下的曲線2()Ufh??圖3.3.5中，傳

7、感器由發(fā)射線圈和接收線圈組成，它們分別位于被測金屬板材的兩側。當低1L2LM頻激勵電壓加到的兩端時，將在的兩端產生感應電壓。若兩線圈之間無金屬導體，的磁場1U?1L2L2U?1L就能直接貫穿，這時幅值最大。當有金屬板后，將產生渦流，削弱的磁場，造成幅值下降。2L2U?1L2U?金屬板越厚，渦流損耗越大，幅值就越小。因此可利用幅值的大小來反映金屬板的厚度。2U?2U?同一材料在不同頻率下，其輸出電壓與板材厚度的關系如圖3.3.6所示。由圖