實(shí)驗(yàn)二 電渦流行程傳感器及轉(zhuǎn)速測(cè)量

實(shí)驗(yàn)二電渦流行程傳感器及轉(zhuǎn)速測(cè)量【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解電渦流傳感器的原理及被測(cè)體材料對(duì)渦流傳感器的影響。2.學(xué)會(huì)用示波器觀察激振狀態(tài)下的調(diào)制波形。3.學(xué)會(huì)用頻率計(jì)、轉(zhuǎn)速表測(cè)量轉(zhuǎn)速?！緦?shí)驗(yàn)原理】1.電渦流傳感器工作原理如果將一個(gè)繞在骨架上的空心線圈與正弦交流電源接通,流過(guò)線圈的電流會(huì)在線圈周?chē)臻g產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。當(dāng)將導(dǎo)電的金屬接近該線圈時(shí)，金屬導(dǎo)體中會(huì)感應(yīng)出一圈圈自相閉合的電流，這種電流稱為“電渦流”，如圖2-1（a）所示。渦流的大小和金屬導(dǎo)體的電阻率，磁導(dǎo)率、厚度、線圈與金屬導(dǎo)體的距離X，以及線圈勵(lì)磁電流的交變頻率等參數(shù)有關(guān)。如果固定其中某些參數(shù)，就可根據(jù)渦流的大小來(lái)測(cè)量出另外一些參數(shù)。圖2-1電渦流傳感器作用原理及等效電路為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，我們把金屬導(dǎo)體理解為一個(gè)短路線圈，圖2-1（b）所示為電渦流傳感器與被測(cè)體的等效電路。其中、為空心線圈的電阻和電感;、為短路線圈的電阻和電感;而則為兩線圈的互感。根據(jù)等效電路可寫(xiě)出兩個(gè)電壓平衡方程式：（2-1）將該方程聯(lián)立求解可得：（2-2）（2-3）由（2-2）式可得空心線圈的總阻抗為：（2-4）根據(jù)（2-4）式可進(jìn)一步求出空心線圈的等效電阻、等效電感和等效品質(zhì)因數(shù)，即：（2-5）（2-6）（2-7）由此可見(jiàn)，當(dāng)線圈接近導(dǎo)體時(shí)，電器參數(shù)、、、等均為互感的函數(shù),即為渦流線圈與金屬導(dǎo)體間距離的函數(shù)。所以凡是引起渦流變化的電量和非電量，如金屬的電阻率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、線圈與導(dǎo)體間的距離等，均可通過(guò)測(cè)量渦流線圈的、、、來(lái)確定，這便是電渦流傳感器的工作原理。2.電渦流傳感器測(cè)量電路如上所述，電渦流傳感器可以把渦流線圈和被測(cè)金屬導(dǎo)體間的距離變化，轉(zhuǎn)換為線圈等效電阻、等效電感、等效阻抗和等效品質(zhì)因數(shù)的變化。測(cè)量電路的任務(wù)就是將這些變化量轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化，并加以顯示。實(shí)驗(yàn)采用的測(cè)量電路框圖如圖2-2所示，其中渦流線圈和測(cè)量電路中的電容組成諧振電路，諧振頻率為：將振蕩器的振蕩頻率取為（時(shí)諧振電路的諧振頻率），在諧振狀態(tài)下渦流線圈的端電壓為：（2-8）圖2-2渦流傳感器測(cè)量電路框圖式（2-8）中，為諧振電路的品質(zhì)因數(shù)，為振蕩器輸出信號(hào)的幅度。當(dāng)裝置的初始零位調(diào)整好后，渦流線圈與被測(cè)導(dǎo)體間距離為，相應(yīng)的線圈初電感為，諧振電路的初諧振頻率為，渦流線圈的端電壓則為：其中為與有關(guān)的系數(shù),一般取為左右。圖2-3變頻調(diào)幅測(cè)量電路原理當(dāng)變化后,、、都要變化，例如變?yōu)榛?諧振頻率變?yōu)榛颍▽?duì)一般金屬,減小時(shí)增加），則變換器的端電壓為、，且有：此時(shí)端電壓的增量正比于，見(jiàn)圖2-3，通常為取得較大的線性范圍，將置于線性段的中點(diǎn)。電渦流傳感器的測(cè)量電路有多種類(lèi)型，本實(shí)驗(yàn)采用的測(cè)量電路屬于變頻調(diào)幅式電路?！緦?shí)驗(yàn)儀器】傳感器實(shí)驗(yàn)儀、雙蹤示波器、光電轉(zhuǎn)速表、頻率計(jì)、微型調(diào)速電機(jī)、電渦流傳感器、直流穩(wěn)壓電源等。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1.電渦流傳感器的靜態(tài)標(biāo)定（1）裝好傳感器和測(cè)微頭,使傳感器對(duì)準(zhǔn)鐵片中心,測(cè)微頭對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)中心孔。（2）按圖2-4接線。用導(dǎo)線將傳感器接入渦流變換器的輸入端，將輸出端接電壓表，將電壓表置檔（根據(jù)需要及時(shí)改變電壓表檔位）。圖2-4渦流傳感器靜態(tài)標(biāo)定電路（3）適當(dāng)調(diào)節(jié)傳感器高度，使其與被測(cè)鐵片接觸，電壓表從零開(kāi)始讀數(shù)，調(diào)測(cè)微頭，每隔用示波器觀察渦流變換器輸入端的信號(hào)幅度變化，同時(shí)在表2-1中記錄直流數(shù)字電壓表的讀數(shù)。（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上畫(huà)出曲線，指出大致線性范圍，求出線性區(qū)測(cè)量靈敏度：。2.研究被測(cè)體材料對(duì)電渦流傳感器特性的影響（1）取下平臺(tái)上的鐵測(cè)片，換上鋁測(cè)片，安裝好渦流傳感器，調(diào)整好位置，裝好測(cè)微頭。（2）接線同圖2-4，從傳感器與被測(cè)鋁片接觸開(kāi)始，旋動(dòng)測(cè)微頭改變傳感器與被測(cè)體的距離，每隔用示波器觀察渦流變換器輸入端的信號(hào)幅度變化，同時(shí)在表2-2中記錄直流數(shù)字電壓表的讀數(shù)。（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上畫(huà)出曲線，指出大致線性范圍，求出線性區(qū)測(cè)量靈敏度：，并與鐵測(cè)片相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。3.電渦流傳感器的應(yīng)用——電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的測(cè)量將直流電機(jī)的“+、-”極引線和渦流探頭“+、-”極引線分別接入穩(wěn)壓電源的兩路輸出端，將探頭端電壓調(diào)到，渦流探頭的信號(hào)線（黑色）接頻率計(jì)紅線，頻率計(jì)黑線接電源負(fù)極。調(diào)整直流電機(jī)的電壓為、、、、、改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，用頻率計(jì)和光電轉(zhuǎn)速表分別測(cè)量渦流探頭的輸出信號(hào)頻率及電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，將頻率計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)數(shù)值：，記錄入數(shù)據(jù)表2-3，計(jì)算轉(zhuǎn)數(shù)測(cè)量的相對(duì)誤差：4.(設(shè)計(jì)內(nèi)容)用示波器也可測(cè)量頻率、轉(zhuǎn)速。請(qǐng)同學(xué)自己設(shè)計(jì)表格測(cè)出電機(jī)電壓為6V、8V、10V、12V時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，寫(xiě)出測(cè)量方法和步驟?！緮?shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理】表2-1電渦流傳感器的靜態(tài)標(biāo)定——鐵片距離距離距離0.502.5-2.624.5-4.161.0-1.053.0-3.045.0-4.481.5-1.73.5-3.455.5-4.792.0-2.174.0-3.836.0-5.07圖1曲線線性區(qū)范圍：4，線性區(qū)測(cè)量靈敏度：=-0.75V/mm表2-2電渦流傳感器的靜態(tài)標(biāo)定——鋁片距離距離距離0.5-4.062.5-5.334.5-6.061.0-4.453.0-5.555.0-6.191.5-4.283.5-5.745.5-6.302.0-5.094.0-5.916.0-6.39圖2曲線線性區(qū)范圍：3.5，線性區(qū)測(cè)量靈敏度：=-0.30V/mm表2-3電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的測(cè)量【注意事項(xiàng)】1、各插頭導(dǎo)線易拉斷，在實(shí)驗(yàn)中無(wú)論接線或拆線，都要拿插頭頂端插、拔，勿拉導(dǎo)線。2、渦流傳感器測(cè)試頭盡量對(duì)準(zhǔn)被測(cè)體中間，并使兩者平面平行。3、控制激振器幅度，防止過(guò)大振幅導(dǎo)致撞擊測(cè)片而損壞儀器。【思考題】1.如何用渦流傳感器、頻率計(jì)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)主軸的徑向振動(dòng)，軸端的擺動(dòng)及主軸各點(diǎn)振動(dòng)狀態(tài)，分別寫(xiě)出實(shí)施方法。答：根據(jù)電渦流傳感器的工作原理，可知電渦流傳感器的線圈和導(dǎo)體表面之間的距離變化會(huì)導(dǎo)致線圈等效電阻的改變，因此，當(dāng)圖示的電渦流線圈與導(dǎo)體的距離x減小時(shí)，電渦流線圈的等效電感L減小，等效電阻R增大。因此流過(guò)傳感器的電流會(huì)增大，通過(guò)檢測(cè)電流的變化就可以監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)主軸的徑向振動(dòng)，軸端的擺動(dòng)及主軸各點(diǎn)振動(dòng)狀態(tài)。2.用頻率計(jì)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速也使用了渦流傳感器，試分析測(cè)量原理。答：運(yùn)用電渦流傳感器制作的頻率計(jì)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，只需在電機(jī)轉(zhuǎn)片上開(kāi)一個(gè)小槽用頻率計(jì)測(cè)其轉(zhuǎn)速，其中的電渦流傳感器就可以檢測(cè)到，改變頻率輸出，頻率計(jì)計(jì)數(shù)就可以測(cè)的轉(zhuǎn)速?！緦?shí)驗(yàn)總結(jié)】通過(guò)本次試驗(yàn)，我了解了電渦流傳感器的原理及被測(cè)體材料對(duì)渦流傳感器的影響，學(xué)會(huì)了用示波器