第九章 电涡流传感器(中职）传感器电路制作与调试项目教程第3版().pptx

电子课件（工信版）第九章 电涡流传感器(中职）传感器电路制作与调试项目教程第3版传感器电路制作与调试项目教程 第3版第九章 电涡流传感器电涡流的基础知识电涡流传感器的应用电涡流传感器生活中我们常生活中我们常见到用电磁炉见到用电磁炉加热，这种方加热，这种方式即卫生又省式即卫生又省电，你知道它电，你知道它的原理是什么的原理是什么吗？吗？金属导体置于变化的磁场中时，金属金属导体置于变化的磁场中时，金属导体内就要产生感应电流，这种电流导体内就要产生感应电流，这种电流的流线在金属导体内自动闭合，通常的流线在金属导体内自动闭合，通常称为电涡流。称为电涡流。电涡流效应一、电涡流的基础知识电涡流线圈等效阻抗分析电涡流线圈等效阻抗分析 设设电电涡涡流流线线圈圈在在高高频频时时的的等等效效电电阻阻为为R R1 1（大大于于直直流流电电阻阻），电电感感为为L L1 1。当当有有被被测测导导体体靠靠近近电电涡涡流流线线圈圈时时，则则被被测测导导体体等等效效为为一一个个短短路路环环，电电涡涡流流线线圈圈L L1 1与与导导体体之之间间存存在在一一个个互互感感M M。互互感感随随线线圈圈与与导导体体之之间间距距离离的的减小而增大。减小而增大。电涡流传感器实质是一个线圈电涡流传感器实质是一个线圈-导体系统。导体系统。系统中，线圈的阻抗是一个多元函数，若系统中，线圈的阻抗是一个多元函数，若激励线圈和金属导体材料确定后，使得相激励线圈和金属导体材料确定后，使得相应参数不变，则此时线圈的阻抗与距离成应参数不变，则此时线圈的阻抗与距离成函数关系。这也是用电涡流测位移的原理。函数关系。这也是用电涡流测位移的原理。一、电涡流的基础知识什么是电涡流传感器什么是电涡流传感器？1.1.电涡流传感器结构电涡流传感器结构 1-1-电涡流线圈电涡流线圈 2-2-探头壳体探头壳体 3-3-壳体上的壳体上的位置调节螺纹位置调节螺纹 44印制线路板印制线路板 55夹持螺夹持螺母母 66电源指示电源指示 77阈值指示灯阈值指示灯 88输出屏蔽电缆线输出屏蔽电缆线 99电缆插头电缆插头 二、电涡流传感器2.2.电涡流传感器特性电涡流传感器特性（1 1）电涡流的大小与金属导体的电阻率、导磁率、厚度以及线圈与金属之间的）电涡流的大小与金属导体的电阻率、导磁率、厚度以及线圈与金属之间的距离、线圈的激磁电流角频率有关。若保持其中若干参数恒定，就能按电涡距离、线圈的激磁电流角频率有关。若保持其中若干参数恒定，就能按电涡流大小对线圈作用的差异来测量另外某一参数。流大小对线圈作用的差异来测量另外某一参数。（2 2）电涡流传感器结构简单、频率响应宽、灵敏度高、抗干扰能力强、测量线）电涡流传感器结构简单、频率响应宽、灵敏度高、抗干扰能力强、测量线性范围大，而且还具有非接触测量的优点，因此广泛应用于工业生产和科学性范围大，而且还具有非接触测量的优点，因此广泛应用于工业生产和科学研究的各个领域。研究的各个领域。（3 3）电涡流传感器可以测量位移、振动、厚度、转速、温度等参数并且可以用）电涡流传感器可以测量位移、振动、厚度、转速、温度等参数并且可以用来无损探伤和制作接近开关。来无损探伤和制作接近开关。二、电涡流传感器二、电涡流传感器的测量转换电路电涡流传感器的测量转换电路电涡流传感器的测量转换电路 根据电涡流传感器的工作原理，被测参量可以由传感器转换为传感器根据电涡流传感器的工作原理，被测参量可以由传感器转换为传感器线圈的阻抗线圈的阻抗Z Z，电感，电感L L和品质因数和品质因数Q Q等三个电参数。等三个电参数。电涡流传感器做测量的时候，为了提高灵敏度，用已知电容电涡流传感器做测量的时候，为了提高灵敏度，用已知电容C C与传感与传感器线圈并联（一般在传感器内）组成器线圈并联（一般在传感器内）组成LCLC并联谐振回路。传感器线圈等效并联谐振回路。传感器线圈等效电感的变化使并联谐振回路的谐振频率发生变化，将其被测量变换为电电感的变化使并联谐振回路的谐振频率发生变化，将其被测量变换为电压或电流信号输出。并联谐振回路的谐振频率为：压或电流信号输出。并联谐振回路的谐振频率为：二、电涡流传感器的测量转换电路电涡流传感器的测量转换电路电涡流传感器的测量转换电路 一种为调幅（一种为调幅（AMAM）式电路，）式电路，另一种为调频电路（另一种为调频电路（PMPM）。）。AMAM：用低频信号去调制高频载波的振幅，使其振幅按：用低频信号去调制高频载波的振幅，使其振幅按低频调制信号的规律而变化。低频调制信号的规律而变化。PMPM：用低频信号去调制高频载波的频率，使其频率按：用低频信号去调制高频载波的频率，使其频率按低频调制信号的规律而变化。低频调制信号的规律而变化。（1 1）调幅（）调幅（AMAM）式电路）式电路二、电涡流传感器的测量转换电路电感线圈电感线圈L L和电容和电容C C是构成传感器的基本电路元件。调节振荡器的频率使输出电是构成传感器的基本电路元件。调节振荡器的频率使输出电压最大，保持振荡频率和幅值不变，当被测物与传感器线圈接近时，由于电涡流效压最大，保持振荡频率和幅值不变，当被测物与传感器线圈接近时，由于电涡流效应，使线圈电感量变化，并使回路失谐，从而使输出电压减小，这样就可以由电压应，使线圈电感量变化，并使回路失谐，从而使输出电压减小，这样就可以由电压的变化程度判断距离大小。的变化程度判断距离大小。（2 2）调频（）调频（FMFM）式电路）式电路调频是用被测量的变化去改变激励信号的工作频率，使激励信号的频率随被测调频是用被测量的变化去改变激励信号的工作频率，使激励信号的频率随被测量的变化而变化。在调频谐振电路中，电涡流传感器的电感线圈就是激励振荡器的量的变化而变化。在调频谐振电路中，电涡流传感器的电感线圈就是激励振荡器的振荡元件。所以线圈电感量的变化可以直接使振荡器的振荡频率发生变化，从而实振荡元件。所以线圈电感量的变化可以直接使振荡器的振荡频率发生变化，从而实现频率调制。然后通过鉴频器及附加电路将频率的变化再变成电压输出。现频率调制。然后通过鉴频器及附加电路将频率的变化再变成电压输出。二、电涡流传感器的测量转换电路（3 3）电桥测量电路）电桥测量电路Z Z1 1、Z Z2 2为差动式传感器的两个线为差动式传感器的两个线圈，或者一个是传感器线圈、一个圈，或者一个是传感器线圈、一个是固定平衡线圈。桥路输出电压幅是固定平衡线圈。桥路输出电压幅值随传感器线圈阻抗变化而变化。值随传感器线圈阻抗变化而变化。二、电涡流传感器的测量转换电路 1 1、位移测量、位移测量 电涡流位移传感器的输出为模拟量，例如：电涡流位移传感器的输出为模拟量，例如：05V05V。当金属物。当金属物体接近探头的感应面时，金属表面吸取电涡流探头中的高频振荡体接近探头的感应面时，金属表面吸取电涡流探头中的高频振荡能量，使振荡器的输出幅度衰减或频率变化，单片机根据能量，使振荡器的输出幅度衰减或频率变化，单片机根据U Uo o或或f f，可以计算出与被检测物体的距离、振动频率等参数。电涡流，可以计算出与被检测物体的距离、振动频率等参数。电涡流位移传感器属于非接触测量器件，工作时不受灰尘、油污等因素位移传感器属于非接触测量器件，工作时不受灰尘、油污等因素的影响。的影响。三、电涡流传感器的应用一、电涡流传感器的应用电涡流位移传感器电涡流位移传感器三、电涡流传感器的应用YTHN800系列一体化电涡流系列一体化电涡流传感器传感器 位移测量位移测量4-20mA输出输出YTHN800YTHN800系列一体化电涡流传感器广泛系列一体化电涡流传感器广泛用于电力、石化、冶金、机械等行业，用于电力、石化、冶金、机械等行业，对大型旋转机械的轴位移、轴振动、对大型旋转机械的轴位移、轴振动、轴转速等参数进行长期实时监测，可轴转速等参数进行长期实时监测，可以分析出设备的工作状况和故障原因，以分析出设备的工作状况和故障原因，有效地对设备进行保护及进行预测性有效地对设备进行保护及进行预测性维修。可测量位移、振幅、转速、尺维修。可测量位移、振幅、转速、尺寸、厚度、表面不平度等。寸、厚度、表面不平度等。三、电涡流传感器的应用2 2、涡流探伤、涡流探伤 涡流探伤是建立在电磁感应原理涡流探伤是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法，适用基础之上的一种无损检测方法，适用于导电材料。将载有正弦波电流的激于导电材料。将载有正弦波电流的激励线圈接近金属表面时，线圈周围的励线圈接近金属表面时，线圈周围的交变磁场在金属表面产生感应电流交变磁场在金属表面产生感应电流（此电流称为涡流），也产生一个与（此电流称为涡流），也产生一个与原磁场方向相反的相同频率的磁场，原磁场方向相反的相同频率的磁场，又反射到探头线圈，导致检测线圈阻又反射到探头线圈，导致检测线圈阻抗的电阻和电感发生变化，改变了线抗的电阻和电感发生变化，改变了线圈电流的大小及相位圈电流的大小及相位,因此通过仪器测因此通过仪器测出试验线圈电压或阻抗的变化，就可出试验线圈电压或阻抗的变化，就可以判断被检测工件的性质、状态及有以判断被检测工件的性质、状态及有无缺陷无缺陷。三、电涡流传感器的应用轨道列车无损检测轨道列车无损检测三、电涡流传感器的应用根据振幅敏感涡流法进行测量的探头具根据振幅敏感涡流法进行测量的探头具有铁素体磁芯。通有高频交变电流的线有铁素体磁芯。通有高频交变电流的线圈绕在这个磁芯上，并在线圈周围产生圈绕在这个磁芯上，并在线圈周围产生高频交变磁场。高频交变磁场。当探头靠近金属时，会在金属中产生交当探头靠近金属时，会在金属中产生交变电流（涡流）。该涡流反过来又会产变电流（涡流）。该涡流反过来又会产生另一个交变磁场。由于第二个磁场方生另一个交变磁场。由于第二个磁场方向与初始磁场方向相反，所以初始磁场向与初始磁场方向相反，所以初始磁场被削弱，削弱的程度取决于探头和金属被削弱，削弱的程度取决于探头和金属之间的距离。对于涂层样品，这个距离之间的距离。对于涂层样品，这个距离正好就对应了涂层的厚度。正好就对应了涂层的厚度。3 3、厚度测量、厚度测量三、电涡流传感器的应用图层厚度检测仪图层厚度检测仪三、电涡流传感器的应用油管探伤油管探伤三、电涡流传感器的应用4 4、安全检查、安全检查三、电涡流传感器的应用5 5、振幅测量、振幅测量电涡流式传感器对各种振动的幅电涡流式传感器对各种振动的幅值进行无接触测量。在汽轮机、值进行无接触测量。在汽轮机、空气压缩机中常用电涡流式传感空气压缩机中常用电涡流式传感器来监控主轴的径向振动，也可器来监控主轴的径向振动，也可测量涡轮叶片的振幅。测量涡轮叶片的振幅。6 6、电涡流转速计、电涡流转速计在转轴或飞轮上开一个键槽，靠近轴表面安装电涡流传在转轴或飞轮上开一个键槽，靠近轴表面安装电涡流传感器，轴转动时就能够检测出传感器与轴表面的间隙变感器，轴转动时就能够检测出传感器与轴表面的间隙变化，从而得到相对于键槽的脉冲信号，经放大、整形后化，从而得到相对于键槽的脉冲信号，经放大、整形后获得相对于键槽的方波信号，然后由频率计数。获得相对于键槽的方波信号，然后由频率计数。三、电涡流传感器的应用三、电涡流传感器的应用7 7、电涡流接近开关、电涡流接近开关感谢聆听传感器与自动检测课程组