“電渦流位移傳感器實(shí)驗(yàn)”指導(dǎo)書

1、實(shí)驗(yàn)二電渦流位移傳感器實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解TR81系列電渦流位移傳感器工作原理;2. 熟悉實(shí)驗(yàn)儀器,搭建傳感器使用電路,掌握傳感器使用過程中的注意事項(xiàng);二實(shí)驗(yàn)設(shè)備電源(輸出電壓15V18V、數(shù)字萬用表、探頭、11mm延伸電纜、02前置器、DZ-30位移靜校儀、百分表三實(shí)驗(yàn)原理1.電渦流效應(yīng)傳感器的系統(tǒng)工作機(jī)理是電渦流效應(yīng)。當(dāng)接通傳感器系統(tǒng)電源時(shí),在前置器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高頻電流信號(hào),該信號(hào)通過電纜送到探頭的頭部,在頭部周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)H1。如果在磁場(chǎng)H1的范圍內(nèi)沒有金屬導(dǎo)體材料接近,則發(fā)射出去的交變磁場(chǎng)的能量會(huì)全部釋放;反之,如果有金屬導(dǎo)體材料靠近探頭頭部,則交變磁場(chǎng)H1將在導(dǎo)體的表面產(chǎn)生電渦

2、流場(chǎng),該電渦流場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向與H1相反的交變磁場(chǎng)H2。由于H2的反作用,就會(huì)改變探頭頭部線圈高頻電流的幅度圖1 電渦流作用原理和相位,即改變了線圈的有效阻抗。這種變化既與電渦流效應(yīng)有關(guān),又與靜磁學(xué)有關(guān),即與金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、線圈幾何參數(shù)、激勵(lì)電流頻率以及線圈到金屬導(dǎo)體的距離參數(shù)有關(guān)。假定金屬導(dǎo)體是均質(zhì)的,其性能是線性和各向同性的,則線圈金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)通?？捎山饘賹?dǎo)體的磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、尺寸因子r、線圈與金屬導(dǎo)體的距離,線圈激勵(lì)電流強(qiáng)度I和頻率等參數(shù)來描述。因此線圈的阻抗可用函數(shù)Z=F(,r,I,來表示。如果控制,r,I,恒定不變,那么阻抗Z就成為距離的單值函數(shù),由麥

3、克斯韋爾公式可以求得此函數(shù)為一非線性函數(shù),其曲線為“S”形曲線,在一定范圍內(nèi)可以近似為一線性函數(shù)。圖2 傳感器原理框圖在實(shí)際應(yīng)用中,通常是將線圈密封在探頭中,線圈阻抗的變化通過封裝在前置器中的電子線路處理轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。這個(gè)電子線路并不是直接測(cè)量線圈的阻抗,而是采用并聯(lián)諧振法,見圖2,即在前置器中將一個(gè)固定電容和探頭線圈L X 并聯(lián)并與晶體管T 一起構(gòu)成一個(gè)振蕩器,振蕩器的振幅U X 與線圈阻抗成正比,因此振蕩器的振幅U X 會(huì)隨探頭與被測(cè)間距的改變而改變。U X 經(jīng)檢波、濾波、放大、非線性修正后輸出電壓U O ,U O 與的關(guān)系曲線如圖3所示,可以看出該曲線呈“S ”形,即在線性區(qū)中點(diǎn)

4、O 處(對(duì)應(yīng)輸出電壓U O 線性最好,其斜率(即靈敏度較大,在線性區(qū)兩端,斜率(即靈敏度逐漸下降,線性變差。(1, U 1為線性起點(diǎn),2, U 2為線性末點(diǎn)。2.TR81系列電渦流位移傳感器 圖4 電渦流位移傳感器系統(tǒng)主要包括探頭、延伸電纜(用戶可以根據(jù)需要選擇、前置器和附件。前置器有三種安裝方式(稱為:01前置器、02前置器、03前置器,參見附錄。以01前置器為例,系統(tǒng)組成見圖4。(1探頭探頭對(duì)正被測(cè)體表面,它能精確地探測(cè)出被測(cè)體表面相對(duì)于探頭端面間隙的變化。通常探頭由線圈、頭部、殼體、高頻電纜、高頻接頭組成,其典型結(jié)構(gòu)見圖5所示。圖5 探頭典型結(jié)構(gòu) 3 傳感器輸出特性曲線 2121c c

5、c c c o +=線圈是探頭的核心,它是傳感器系統(tǒng)的敏感元件,線圈的物理尺寸和電氣參數(shù)決定傳感器系統(tǒng)的線性量程以及探頭的電氣參數(shù)穩(wěn)定性。探頭頭部體采用耐高溫PPS工程塑料,通過“二次注朔”成型將線圈密封其中。這項(xiàng)技術(shù)增強(qiáng)了探頭頭部的強(qiáng)度和密封性,在惡劣的環(huán)境中可以保護(hù)頭部線圈能可靠工作。頭部直徑取決于其內(nèi)部線圈直徑,由于線圈直徑?jīng)Q定傳感器系統(tǒng)的基本性能線性量程,因此我們通常用頭部直徑來分類和表征各型號(hào)探頭,一般情況下傳感器系統(tǒng)的線性量程大致是探頭頭部直徑的1/21/4倍。我們?yōu)門R81系列傳感器設(shè)計(jì)了3、5、8、11、14、18、25、35、36、50、60共11種直徑的頭部。探頭殼體用于支

6、撐探頭頭部,并作為探頭安裝時(shí)的裝夾結(jié)構(gòu)。殼體采用不銹鋼制成,一般上面刻有標(biāo)準(zhǔn)螺紋,并備有鎖緊螺母。為了能適應(yīng)不同的應(yīng)用和安裝場(chǎng)合,探頭殼體具有不同的形式和不同的螺紋及尺寸規(guī)格。高頻電纜是用于聯(lián)接探頭頭部到前置器(有時(shí)中間帶有延伸電纜轉(zhuǎn)接,這種電纜是用聚四氟乙烯絕緣的射頻同軸電纜,通常電纜長(zhǎng)度有0.5m、1m、5m、9m四種選擇(見附錄A。當(dāng)選0.5m和1m時(shí)必須用延伸電纜以保證系統(tǒng)的總電纜長(zhǎng)度為5m或9m;至于選擇5m還是9m應(yīng)該是考慮能滿足將前置器安裝在設(shè)備機(jī)組的同一側(cè)來決定。根據(jù)探頭的應(yīng)用場(chǎng)合和安裝環(huán)境,探頭所帶電纜可以配有不銹鋼軟管鎧裝(可選擇,以保護(hù)電纜不易被損壞,對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝探頭電纜

7、無管道布置的情況,應(yīng)該選擇鎧裝。探頭電纜接頭是軍用標(biāo)準(zhǔn)高頻接頭。探頭整體各部件通過機(jī)械變形聯(lián)接,在惡劣環(huán)境中可以保證探頭的穩(wěn)定性和可靠性。(2延伸電纜作為系統(tǒng)的一個(gè)組成部分,延伸電纜(如圖6所示用來聯(lián)接和延長(zhǎng)探頭與前置器之間的距離,您可以對(duì)延伸電纜長(zhǎng)度和是否需要帶鎧裝進(jìn)行選擇(詳見附錄,選擇延伸電纜的長(zhǎng)度應(yīng)該使延伸電纜長(zhǎng)度加探頭電纜長(zhǎng)度與配前置器所要求的長(zhǎng)度一致(5米或9米。鎧裝選擇的情況同探頭電纜。 圖6 延伸電纜采用延伸電纜的目的是為了減短探頭所帶電纜長(zhǎng)度,對(duì)于用螺紋安裝探頭時(shí),需轉(zhuǎn)動(dòng)探頭,過長(zhǎng)的電纜不便于使電纜隨探頭轉(zhuǎn)動(dòng),容易折斷電纜。這種情形在探頭安裝部分有進(jìn)一步說明。延伸電纜的兩端接

8、頭不同,帶陽螺紋的接頭(轉(zhuǎn)接頭與探頭聯(lián)接,帶陰螺紋的接頭與前置器聯(lián)接。四實(shí)驗(yàn)步驟 圖7 實(shí)驗(yàn)框圖1. 連接電路如圖7;2. 裝好探頭、百分表、千分表或光柵;(安裝探頭時(shí)注意不要只轉(zhuǎn)探頭,以免折斷線纜3. 將直流穩(wěn)壓電源的供電電壓調(diào)到傳感器系統(tǒng)所需電壓范圍;4. 分別將穩(wěn)壓電源、數(shù)字三用表探頭接到前置器上;5. 轉(zhuǎn)動(dòng)靜校器的位移螺母,使探頭與試件平面緊貼,再將或千分表的指針對(duì)零,或?qū)⒐鈻徘辶?(不可過度擠壓探頭6. 打開電源,轉(zhuǎn)動(dòng)靜校器位移調(diào)節(jié)螺母,以十分之一量程為間隔,記錄傳感器的輸出電壓或電流值;7. 根據(jù)記錄數(shù)據(jù)計(jì)算傳感器的平均靈敏度 ,即位移和輸出電壓的關(guān)系。8. 根據(jù)記錄數(shù)據(jù)計(jì)算傳感器的平均靈敏度,非線性誤差。五 數(shù)據(jù)處理靈敏度用兩點(diǎn)法按下式計(jì)算:式中:U1 線性起點(diǎn)輸出電壓值(V ;U2 線性末點(diǎn)輸出電壓值(V ;LN 線性量程(mm S 平均靈敏度(V/mm 靈敏度誤差(112-=式 LnU U S (210000-=式 SsSs S S式中:Ss 標(biāo)準(zhǔn)靈敏度; 非線性誤差非線性度式中:Ui 第i 點(diǎn)輸出電壓(V ;Ss 標(biāo)準(zhǔn)靈敏度(V/mm