傳感器與檢測技術(shù)（第5版）課件 3.3 電渦流式傳感器

3.3電渦流式傳感器

當(dāng)導(dǎo)體置于變化的磁場中或在固定磁場中運(yùn)動時，導(dǎo)體內(nèi)都要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢形成電流，這種電流在導(dǎo)體內(nèi)閉合的，稱為渦流。穿透深度式中,ρ——導(dǎo)體電阻率(Ω·cm)；

r——導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率；

?——交變磁場頻率(Hz)。電渦流式傳感器3.3.1高頻反射式渦流傳感器3.3.2低頻透射式渦流傳感器3.3.3渦流式傳感器的應(yīng)用3.3.1高頻反射式渦流傳感器1.基本原理

2．等效電路3.傳感器的結(jié)構(gòu)4.測量電路1.基本原理

線圈置于金屬導(dǎo)體附近：線圈中通以高頻信號i1

正弦交變磁場H1

金屬導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生渦流渦流產(chǎn)生電磁場反作用于線圈，改變了電感電感變化程度取于線圈L的外形尺寸，線圈L至金屬板之間的距離，金屬板材料的電阻率和磁導(dǎo)率以及的頻率等2.等效電路R2為電渦流短路環(huán)等效電阻；h為電渦流的深度()；為被測體的電阻率；ra為短路環(huán)的外半徑；ri為短路環(huán)的內(nèi)半徑。線圈等效阻抗等效為一個短路環(huán)電渦流影響，線圈復(fù)阻抗的實部(等效電阻)增大、虛部(等效電感)減小，線圈的等效品質(zhì)因數(shù)下降

由基爾霍夫電壓定律3.傳感器的結(jié)構(gòu)線圈框架3．框架襯套4．支架5．電纜6．插頭4.測量電路定頻測距電路調(diào)頻測距電路定頻測距電路將L—x的關(guān)系轉(zhuǎn)換成U—x。的關(guān)系。通過檢波電壓U的測量，就可以確定距離x的大小。這里U—x，曲線與金屬板電阻率的變化無關(guān)。若去掉金屬板，則L=L∞(即x趨于∞時的L值)。如果在保持幅值不變的情況下，改變正弦振蕩器的頻率，則可以得到U—曲線，即傳感器回路的并聯(lián)諧振曲線諧振頻率為有金屬板時，設(shè)振蕩器的頻率為f0。若改變金屬板與傳感器之間的距離x，則U—x曲線當(dāng)x足夠大時(此時L=L∞，U=U∞)，回路處于并聯(lián)諧振狀態(tài)。調(diào)頻測距電路

當(dāng)傳感器線圈與被測物體間的距離x變化時，引起線圈的電感量L發(fā)生變化，從而使振蕩器的頻率改變，然后通過鑒頻器將頻率變化再變成電壓輸出。調(diào)頻式測量電路圖電容三點(diǎn)式振蕩器射極輸出器傳感器輸出電纜的分布電容的影響不能忽視的。鋼板銅板電渦流式傳感器3.4.1高頻反射式渦流傳感器3.4.2低頻透射式渦流傳感器3.4.3渦流式傳感器的應(yīng)用3.3.2低頻透射式渦流傳感器

透射式渦流傳感器原理線圈感應(yīng)電勢與厚度關(guān)系曲線測厚的依據(jù):E的大小間接反映了M的厚度t當(dāng)選用不同的測試頻率時，滲透深度Q滲的值是不同的，從而使E—t曲線的形狀發(fā)生變化。在t較小的情況下，Qs3曲線的斜率大于Qs1曲線的斜率；而在t較大的情況下，Qs1曲線的斜率大于Qs3曲線的斜率。測量薄板時應(yīng)選較高的頻率，測量厚材時應(yīng)選較低的頻率。測試頻率與材料關(guān)系對于一定的測試頻率，當(dāng)被測材料的電阻率不同時，滲透深度Q滲的值也不相同，于是又引起E－t曲線形狀的變化，為使測量不同的材料時所得到的曲線形狀相近，就需在變動ρ時保持Q不變，這時應(yīng)該相應(yīng)地改變f。測較小的材料(如紫銅)時，選用較低的f(500Hz)而測較大的材料(如黃銅、鋁)時，則選用較高的f(2KHz)，從而保證傳感器在測量不同材料時的線性度和靈敏度。電渦流式傳感器3.4.1高頻反射式渦流傳感器3.4.2低頻透射式渦流傳感器3.4.3渦流式傳感器的應(yīng)用3.3.3渦流式傳感器的應(yīng)用被測參數(shù)變換量特征位移、厚度、振動

（1）

非接觸測量，連續(xù)測量（2）

受剩磁的影響。表面溫度、電解質(zhì)濃度材質(zhì)判別、速度（溫度）

（1）

非接觸測量，連續(xù)測量；（2）

對溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償應(yīng)力、硬度

（1）

非接觸測量，連續(xù)測量；（2）

受剩磁和材質(zhì)影響探傷

可以定量測量1．位移測量(a)汽輪機(jī)主軸的軸向位移測量示意圖(b)磨床換向閥、先導(dǎo)閥的位移測量示意圖(c)金屬試件的熱膨脹系數(shù)測量示意圖2．振幅測量(a)汽輪機(jī)和空氣壓縮機(jī)常用的監(jiān)控主軸的徑向振動的示意圖(b)測量發(fā)動機(jī)渦輪葉片的振幅的示意圖(c)通常使用數(shù)個傳感器探頭并排地安置在軸附近3．厚度測量

電渦流式厚度計的測量原理圖4．轉(zhuǎn)速測量f——頻率值(Hz)；

n——旋轉(zhuǎn)體的槽(齒)數(shù)；

N——被測軸的轉(zhuǎn)速(r／min)。5.渦流探傷可以用來檢查金屬的表面裂紋、熱處理裂紋以及用于焊接部位的探傷等。綜合參數(shù)(x,ρ,μ)的變化將引起傳感器參數(shù)的變化，通過測量傳感器參數(shù)的變化即可達(dá)到探傷的目的。在探傷時導(dǎo)體與線圈之間是有著相對運(yùn)動速度的，在測量線圈上就會產(chǎn)生調(diào)制頻率信號