1、會計學(xué)1第六講第六講-電渦流電渦流(wli)傳感器傳感器第一頁，共24頁。一、電渦流一、電渦流(wli)傳感器的工作原理傳感器的工作原理v電渦流電渦流(wli)(wli)傳感器的工作基礎(chǔ)：渦流傳感器的工作基礎(chǔ)：渦流(wli)(wli)效應(yīng)效應(yīng)1 1、電渦流：成塊的金屬物體置于變化、電渦流：成塊的金屬物體置于變化(binhu)(binhu)著的磁著的磁場中，或者在磁場中運動時，在金屬導(dǎo)體中會感應(yīng)出一圈場中，或者在磁場中運動時，在金屬導(dǎo)體中會感應(yīng)出一圈圈自相閉合的電流。圈自相閉合的電流。2 2、電渦流檢測：、電渦流檢測：電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)非接觸測量，在工業(yè)

2、檢測中的應(yīng)用越來越廣泛。例如非接觸測量，在工業(yè)檢測中的應(yīng)用越來越廣泛。例如用來測量位移、厚度、振動、速度、流量和硬度等。用來測量位移、厚度、振動、速度、流量和硬度等。第1頁/共24頁第二頁，共24頁。二、渦流效應(yīng)二、渦流效應(yīng)(xioyng)(xioyng)演示演示 當(dāng)高頻（當(dāng)高頻（100kHz100kHz左右左右）信號源產(chǎn)生的高頻電壓）信號源產(chǎn)生的高頻電壓施加到一個靠近金屬導(dǎo)體施加到一個靠近金屬導(dǎo)體附近的電感線圈附近的電感線圈L1L1時，將時，將產(chǎn)生高頻磁場產(chǎn)生高頻磁場H1H1。如被測。如被測導(dǎo)體置于該交變磁場范圍導(dǎo)體置于該交變磁場范圍之內(nèi)時，被測導(dǎo)體就產(chǎn)生之內(nèi)時，被測導(dǎo)體就產(chǎn)生電渦流電渦流i

3、2i2。i2i2在金屬導(dǎo)體在金屬導(dǎo)體的縱深方向的縱深方向(fngxing)(fngxing)并不是均勻分布的，而只并不是均勻分布的，而只集中在金屬導(dǎo)體的表面（集中在金屬導(dǎo)體的表面（趨膚效應(yīng)）。趨膚效應(yīng)）。 第2頁/共24頁第三頁，共24頁。 渦流渦流(wli)(wli)的大小與金屬板的電阻率的大小與金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚、厚度度d d、金屬板與線圈的距離、金屬板與線圈的距離x x、激勵電流角頻率、激勵電流角頻率等參數(shù)有關(guān)。若等參數(shù)有關(guān)。若固定某些參數(shù)，就可根據(jù)渦流固定某些參數(shù)，就可根據(jù)渦流(wli)(wli)的變化測量另一個參數(shù)的變化測量另一個參數(shù)。 由電渦流所造成的能量損耗將使線

4、圈電阻有功分量增加，由電渦流由電渦流所造成的能量損耗將使線圈電阻有功分量增加，由電渦流產(chǎn)生反磁場的去磁作用產(chǎn)生反磁場的去磁作用(zuyng)將使線圈電感量減小，從而引起線圈等效將使線圈電感量減小，從而引起線圈等效阻抗阻抗Z及等效品質(zhì)因數(shù)及等效品質(zhì)因數(shù)Q值的變化。所以凡是能引起電渦流變化的非電量，值的變化。所以凡是能引起電渦流變化的非電量，均可通過測量線圈的等效電阻均可通過測量線圈的等效電阻R、等效電感、等效電感L、等效阻抗、等效阻抗Z及等效品質(zhì)因數(shù)及等效品質(zhì)因數(shù)Q來測量。來測量。第3頁/共24頁第四頁，共24頁。三、等效阻抗三、等效阻抗(zkng)(zkng)分分析析 電渦流線圈受電渦流影響電

5、渦流線圈受電渦流影響(yngxing)時的等效時的等效阻抗阻抗Z的函數(shù)表達式為：的函數(shù)表達式為： Z=R+jL=f（f、r、x） 式（式（2-6-1） 12121221212122.1LLRMLjRLRMRIUZMMR RL L2 2L L1 1R R1 11U2I1I圖圖2-6-1 2-6-1 電渦流傳感器等效電路圖電渦流傳感器等效電路圖第4頁/共24頁第五頁，共24頁。 間距間距x的測量：如果控制上式中的的測量：如果控制上式中的f、r不變不變，電渦流線圈的阻抗，電渦流線圈的阻抗Z就成為間距就成為間距x的單值函數(shù)，這樣就的單值函數(shù)，這樣就成為非接觸地測量位移的傳感器。成為非接觸地測量位移的傳

6、感器。 多種用途：如果控制多種用途：如果控制x、f不變，就可以用來檢測與表面不變，就可以用來檢測與表面電阻率電阻率有關(guān)的表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來檢有關(guān)的表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來檢測與材料測與材料(cilio)磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率有關(guān)的材料有關(guān)的材料(cilio)型號、表型號、表面硬度等參數(shù)。面硬度等參數(shù)。 第5頁/共24頁第六頁，共24頁。四、電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)四、電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)和分類和分類1 1、電渦流、電渦流(wli)(wli)傳感器的結(jié)構(gòu)傳感器的結(jié)構(gòu)第6頁/共24頁第七頁，共24頁。CZF-1CZF-1系列系列(xli)(xli)傳感器的性能傳感器

7、的性能 采取將導(dǎo)線繞在聚四氟乙烯框架窄槽內(nèi)，形成采取將導(dǎo)線繞在聚四氟乙烯框架窄槽內(nèi)，形成(xngchng)線圈的結(jié)構(gòu)方式。線圈的結(jié)構(gòu)方式。第7頁/共24頁第八頁，共24頁。電渦流接近電渦流接近(jijn)開關(guān)開關(guān)第8頁/共24頁第九頁，共24頁。2 2、電渦流、電渦流(wli)(wli)傳感器傳感器的分類的分類 電渦流傳感器按取用電源電渦流傳感器按取用電源頻率不同可以頻率不同可以(ky)分為高頻分為高頻反射式和低頻透射式兩種。高反射式和低頻透射式兩種。高頻反射式電渦流傳感器的原理頻反射式電渦流傳感器的原理在前面的內(nèi)容中已做過介紹，在前面的內(nèi)容中已做過介紹，在此不再重述。以下再簡單介在此不再重述

8、。以下再簡單介紹低頻透射式電渦流傳感器的紹低頻透射式電渦流傳感器的工作原理。工作原理。圖圖2-6-3 透射式渦流厚度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖透射式渦流厚度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖第9頁/共24頁第十頁，共24頁。 在被測金屬的上方設(shè)有發(fā)射傳感器線圈(xinqun)L1, 在被測金屬板下方設(shè)有接收傳感器線圈(xinqun)L2。當(dāng)在L1上加低頻電壓U1時, 則L1上產(chǎn)生交變磁通1, 若兩線圈(xinqun)間無金屬板, 則交變磁場直接耦合至L2中, L2產(chǎn)生感應(yīng)電壓U2。 如果將被測金屬板放入兩線圈(xinqun)之間, 則L1線圈(xinqun)產(chǎn)生的磁通將導(dǎo)致在金屬板中產(chǎn)生電渦流。 此時磁場能量受到損耗此時

9、磁場能量受到損耗, , 到達到達L L2 2的磁通將減弱為的磁通將減弱為 , , 從而使從而使L L2 2產(chǎn)生的感應(yīng)電壓產(chǎn)生的感應(yīng)電壓U U2 2下降。金屬板越厚下降。金屬板越厚, , 渦流渦流損失就越大損失就越大, U, U2 2電壓就越小。因此電壓就越小。因此, , 可根據(jù)可根據(jù)U U2 2電壓的大電壓的大小得知被測金屬板的厚度小得知被測金屬板的厚度, , 透射式渦流厚度傳感器檢測透射式渦流厚度傳感器檢測范圍可達范圍可達1 1100mm, 100mm, 分辨率為分辨率為0.1m, 0.1m, 線性度為線性度為 1%1%。 1第10頁/共24頁第十一頁，共24頁。第11頁/共24頁第十二頁，

10、共24頁。五、電渦流五、電渦流(wli)(wli)傳感器的傳感器的測量電路測量電路圖圖2-6-3 2-6-3 調(diào)幅式測量電路原理調(diào)幅式測量電路原理(yunl)(yunl)框框圖圖輸出輸出R R晶體振蕩器晶體振蕩器L LC C放大放大檢波檢波濾波濾波 渦流傳感器線圈與電容并聯(lián)組成渦流傳感器線圈與電容并聯(lián)組成LCLC并聯(lián)諧振回路，由恒流源石英晶體并聯(lián)諧振回路，由恒流源石英晶體振蕩器供電。石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓振蕩器供電。石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓(100kHz(100kHz1MHz1MHz）用于）用于激勵電渦流線圈。金屬材料在高頻磁場中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈端電壓的激勵

11、電渦流線圈。金屬材料在高頻磁場中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈端電壓的衰減，再經(jīng)高放、檢波、低放電路，最終輸出的直流電壓衰減，再經(jīng)高放、檢波、低放電路，最終輸出的直流電壓U Uo o反映了金屬體對電反映了金屬體對電渦流線圈的影響（例如兩者之間的距離等參數(shù)）。渦流線圈的影響（例如兩者之間的距離等參數(shù)）。第12頁/共24頁第十三頁，共24頁。 當(dāng)電渦流線圈與被測體的距離當(dāng)電渦流線圈與被測體的距離x 改變時，電渦流改變時，電渦流線圈的電感量線圈的電感量L 也隨之改變，引起也隨之改變，引起LC 振蕩器的輸出振蕩器的輸出頻率變化頻率變化(binhu)，此頻率可直接用計算機測量。，此頻率可直接用計算機測量。如

12、果要用模擬儀表進行顯示或記錄時，必須使用鑒如果要用模擬儀表進行顯示或記錄時，必須使用鑒頻器，將頻器，將f轉(zhuǎn)換為電壓轉(zhuǎn)換為電壓Uo 。 第13頁/共24頁第十四頁，共24頁。鑒頻器的輸出電壓與輸入鑒頻器的輸出電壓與輸入(shr)頻率成正比頻率成正比第14頁/共24頁第十五頁，共24頁。六、電渦流六、電渦流(wli)(wli)傳感器的使用注意傳感器的使用注意事項事項1 1、電渦流、電渦流(wli)(wli)軸向貫穿深度的影響軸向貫穿深度的影響 渦流在金屬導(dǎo)體中的軸向分布是按指數(shù)規(guī)律衰減的渦流在金屬導(dǎo)體中的軸向分布是按指數(shù)規(guī)律衰減的衰減深度衰減深度t t可以可以(ky)(ky)表示為表示為ftr0第

13、15頁/共24頁第十六頁，共24頁。 導(dǎo)體材料導(dǎo)體材料(cilio)確定之后，可以改變勵磁電源確定之后，可以改變勵磁電源頻率來改變軸向貫穿深度。電阻率大的材料頻率來改變軸向貫穿深度。電阻率大的材料(cilio)應(yīng)選用較高的勵磁頻率，電阻率小的材料應(yīng)選用較高的勵磁頻率，電阻率小的材料(cilio)應(yīng)應(yīng)選用較低的勵磁頻率。從而保證在測量不同材料選用較低的勵磁頻率。從而保證在測量不同材料(cilio)時能得到較好的線性和靈敏度。時能得到較好的線性和靈敏度。 線圈電流所產(chǎn)生的磁場線圈電流所產(chǎn)生的磁場(cchng)不能涉及到無限大的范圍，電不能涉及到無限大的范圍，電渦流密度也有一定的徑向形成范圍。在線圈

14、軸線附近渦流密度也有一定的徑向形成范圍。在線圈軸線附近,渦流的密度非渦流的密度非常小，愈靠近線圈的外徑處，渦流的密度愈大，而在等于線圈外徑常小，愈靠近線圈的外徑處，渦流的密度愈大，而在等于線圈外徑1.8倍處倍處,渦流將衰減到最大值的渦流將衰減到最大值的5。為了充分利用渦流效應(yīng)，被測。為了充分利用渦流效應(yīng)，被測金屬導(dǎo)體的橫向尺寸應(yīng)大于線圈外徑的金屬導(dǎo)體的橫向尺寸應(yīng)大于線圈外徑的1.8倍；而當(dāng)被測物體為圓柱倍；而當(dāng)被測物體為圓柱體時，它的直徑應(yīng)大于線圈外徑的體時，它的直徑應(yīng)大于線圈外徑的3.5倍。倍。2 2、電渦流的徑向、電渦流的徑向(jn(jn xin xin) )形成范圍形成范圍第16頁/共2

15、4頁第十七頁，共24頁。 電渦流強度隨著電渦流強度隨著(su zhe)(su zhe)距離與線圈外徑比值的增距離與線圈外徑比值的增加而減少加而減少, ,當(dāng)線圈與導(dǎo)體之間距離大于線圈半徑時，電渦當(dāng)線圈與導(dǎo)體之間距離大于線圈半徑時，電渦流強度已很微弱。為了能夠產(chǎn)生相當(dāng)強度的電渦流效應(yīng)，流強度已很微弱。為了能夠產(chǎn)生相當(dāng)強度的電渦流效應(yīng)，通常取距離與線圈外徑的比值為通常取距離與線圈外徑的比值為0.050.050.150.15。3 3、電渦流、電渦流(wli)(wli)強度與距離的關(guān)系強度與距離的關(guān)系 由于任何金屬物體接近高頻交流線圈由于任何金屬物體接近高頻交流線圈(xinqun)時時都會產(chǎn)生渦流，為了

16、保證測量精度，測量時應(yīng)禁止其它都會產(chǎn)生渦流，為了保證測量精度，測量時應(yīng)禁止其它金屬物體接近傳感器線圈金屬物體接近傳感器線圈(xinqun)。4 4、非被測金屬物的影響、非被測金屬物的影響第17頁/共24頁第十八頁，共24頁。七、電渦流七、電渦流(wli)(wli)傳感傳感器的應(yīng)用器的應(yīng)用1 1、電渦流、電渦流(wli)(wli)式傳感式傳感器測位移器測位移 使用電渦流式傳感器可以使用電渦流式傳感器可以(ky)(ky)測量各種形狀試件的位測量各種形狀試件的位移量，如圖移量，如圖2-422-42所示。測量位移所示。測量位移的范圍為的范圍為01mm01mm或或0 030mm30mm。一般。一般的分辨

17、率為滿量程的的分辨率為滿量程的0.10.1，其絕，其絕對值可達對值可達0.05m(0.05m(滿量程為滿量程為0 05m)5m)。 凡是可以變成位移變化的非電量，如鋼水液位、紗凡是可以變成位移變化的非電量，如鋼水液位、紗線張力和流體壓力等，都可使用渦流式傳感器來測量。線張力和流體壓力等，都可使用渦流式傳感器來測量。試件試件傳感器傳感器圖圖2-6-4 電渦流傳感器測位移電渦流傳感器測位移第18頁/共24頁第十九頁，共24頁。2 2、電渦流、電渦流(wli)(wli)式傳感器式傳感器測振幅測振幅圖圖2-6-5 2-6-5 振幅測量原理圖振幅測量原理圖1 1試件試件 2 2傳感器傳感器 如圖如圖2-

18、6-52-6-5所示電渦流式傳感器還可以用來測量各種所示電渦流式傳感器還可以用來測量各種( ( zhn zhn) )振動的振幅。為了研究機床等各部位的振振動的振幅。為了研究機床等各部位的振動，可用多個電渦流傳感器同時檢測各點的振動情況。動，可用多個電渦流傳感器同時檢測各點的振動情況。第19頁/共24頁第二十頁，共24頁。3 3、電渦流、電渦流(wli)(wli)式傳感器式傳感器測轉(zhuǎn)速測轉(zhuǎn)速圖圖2-6-6 2-6-6 電渦流式傳感器測轉(zhuǎn)速電渦流式傳感器測轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，傳感器與轉(zhuǎn)軸當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，傳感器與轉(zhuǎn)軸之間的距離在周期地改變著。之間的距離在周期地改變著。于是它的輸出信號也周期性地于是它的輸出信號也周期性地發(fā)生變化，此輸出信號經(jīng)放大發(fā)生變化，此輸出信號經(jīng)放大、變換后。可以、變換后。可以(ky)(ky)用頻用頻率計測出其變化頻率，從而測率計測出其變化頻率，從而測出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。若轉(zhuǎn)軸上開出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。若轉(zhuǎn)軸上開Z Z個個槽，頻率計的讀數(shù)為槽，頻率計的讀數(shù)為f f，則轉(zhuǎn)軸，則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速n n的數(shù)值為：的數(shù)值為：Zf6