電渦流式傳感器

電渦流式傳感器

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　　利用電渦流效應(yīng)將位移等非電被測(cè)參量轉(zhuǎn)換為線圈的電感或阻抗變化的變磁阻式傳感器。電渦流效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體置于交變磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生電渦流，且該電渦流所產(chǎn)生磁場(chǎng)的方向與原磁場(chǎng)方向相反的一種物理現(xiàn)象。電渦流傳感器的敏感元件是線圈，當(dāng)給線圈通以交變電流并使它接近金屬導(dǎo)體時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)就會(huì)被導(dǎo)體電渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)部分抵消，使線圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化。這種變化與導(dǎo)體的幾何尺寸、導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率有關(guān)，也與線圈的幾何參量、電流的頻率和線圈到被測(cè)導(dǎo)體間的距離有關(guān)。如果使上述參量中的某一個(gè)變動(dòng),其余皆不變，就可制成各種用途的傳感器,能對(duì)表面為金屬導(dǎo)體的物體進(jìn)行多種物理量的非接觸測(cè)量。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測(cè)量線性范圍大、抗干擾能力強(qiáng)、體積小等。它是一種很有發(fā)展前途的傳感器。電渦流式傳感器按用途可分為測(cè)量位移、接近度和厚度的傳感器；按結(jié)構(gòu)可分為變間隙型、變面積型、螺管型和低頻透射型4類。?

　　變間隙型?　這種傳感器結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，主要元件是一個(gè)固定于傳感器端部的線圈。當(dāng)被測(cè)導(dǎo)體與線圈之間的間隙發(fā)生變化時(shí)，就引起線圈電感、阻抗和品質(zhì)因數(shù)變化，從而能在接到線圈上的測(cè)量電路內(nèi)得到正比于間隙變化的電流或電壓變化。為改善性能可在線圈內(nèi)加入磁芯。?

　　變面積型?　這種傳感器由繞在扁矩形框架上的線圈構(gòu)成，它利用被測(cè)導(dǎo)體和傳感器線圈之間相對(duì)覆蓋面積的變化所引起的電渦流效應(yīng)強(qiáng)弱的變化來(lái)測(cè)量位移。為補(bǔ)償間隙變化引起的誤差常使用兩個(gè)串接的線圈，置于被測(cè)物體的兩邊（圖1）。它的線性測(cè)量范圍比變間隙型的大，而且線性度較高。?
螺管型?　這種傳感器由螺管和插入螺管的短路套筒組成，套筒與被測(cè)物體相連。套筒沿軸向移動(dòng)時(shí)，電渦流效應(yīng)引起螺管阻抗變化。這種傳感器有較好的線性度，但是靈敏度較低，具有與螺管型電感式傳感器（見(jiàn)電感式傳感器）相似的特性，但沒(méi)有鐵損。?

　　低頻透射型?　它由分別位于被測(cè)金屬板材兩面的發(fā)射線圈和接收線圈組成（圖2?），適于測(cè)量金屬板材的厚度。發(fā)射線圈L1接到振蕩器上后所產(chǎn)生的磁力線穿過(guò)金屬板M,于是在接收線圈?L2兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓u2。由于金屬板內(nèi)產(chǎn)生電渦流使到達(dá)L2的磁力線減小。金屬板的厚度δ越大，透射的磁力線越少,因而u2也就越小。u2與δ之間呈指數(shù)變化關(guān)系：u2∝e-δ/h，式中h為磁力線的貫穿深度。貫穿深度取決于激勵(lì)頻率，為使貫穿深度大于板材厚度，要將頻率選得低些。頻率低還可改善線性度。激勵(lì)頻率一般選在500赫左右。?

　　應(yīng)用?　電渦流式傳感器能實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，而且是根據(jù)與被測(cè)導(dǎo)體的耦合程度來(lái)測(cè)量，因此可以通過(guò)靈活設(shè)計(jì)傳感器的構(gòu)形和巧妙安排它與被測(cè)導(dǎo)體的布局來(lái)達(dá)到各種應(yīng)用的目的。在測(cè)量位移方面，除可直接測(cè)量金屬零件的動(dòng)態(tài)位移、汽輪機(jī)主軸的軸向竄動(dòng)等位移量外，它還可測(cè)量如金屬材料的熱膨脹系數(shù)、鋼水液位、紗線張力、流體壓力、加速度等可變換成位移量的參量。在測(cè)量振動(dòng)方面，它是測(cè)量汽輪機(jī)、空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的徑向振動(dòng)和汽輪機(jī)葉片振幅的理想器件。還可以用多個(gè)傳感器并排安置在軸側(cè)，并通過(guò)多通道指示儀表輸出至記錄儀，以測(cè)量軸的振動(dòng)形狀并繪出振型圖。在測(cè)量轉(zhuǎn)速方面，只要在旋轉(zhuǎn)體上加工或加裝一個(gè)有凹缺口的圓盤狀或齒輪狀的金屬體，并配以電渦流傳感器，就能準(zhǔn)確地測(cè)出轉(zhuǎn)速。此外，利用導(dǎo)體的電阻率與溫度的關(guān)系，保持線圈與被測(cè)導(dǎo)體之間的距離及其他參量不變，就可以測(cè)量金屬材料的表面溫度，還能通過(guò)接觸氣體或液體的金屬導(dǎo)體來(lái)測(cè)量氣體或液體的溫度。電渦流測(cè)溫是非接觸式測(cè)量，適用于測(cè)低溫到常溫的范圍，且有不受金屬表面污物影響和測(cè)量快速等優(yōu)點(diǎn)。保持傳感器與被測(cè)導(dǎo)體的距離不變，還可實(shí)現(xiàn)電渦流探傷。探測(cè)時(shí)如果遇到裂紋，導(dǎo)體電阻率和導(dǎo)磁率就發(fā)生變化，電渦流損耗，從而輸出電壓也相應(yīng)改變。通過(guò)對(duì)這些信號(hào)的檢驗(yàn)就可確定裂紋的存在和方位。電渦流傳感器還可用作接近度傳感器和厚度傳感器以及用于金屬零件計(jì)數(shù)、尺寸檢驗(yàn)、粗糙度檢測(cè)和制作非接觸連續(xù)測(cè)量式硬度計(jì)。?