《传感器与检测技术》课程教学课件（PPT讲稿）第5章 电感传感器 5.3 电涡流式传感器 5.4 涡流式传感器的应用

5.3电涡流式传感器 当导体置于交变磁场或在固定磁场中运动时， 导体内引起感应电流，此电流在导体内闭合，称 为涡流。 穿透深度 h=5030 (cm) (1)式 式中，p—导体电阻率(2cm: 4,一导体相对磁导率； 交变磁场频率(Hz)

5.3 电涡流式传感器 当导体置于交变磁场或在固定磁场中运动时， 导体内引起感应电流，此电流在导体内闭合,称 为涡流。 式中, ρ——导体电阻率(Ω·cm)； r——导体相对磁导率； ƒ ——交变磁场频率(Hz)。 5030 (cm) f h r  穿透深度 = (1) 式

电涡流式传感器 5.3.1高频反射式涡流传感器 5.3.2低频透射式涡流传感器 5.3.3涡流式传感器的应用 返回 上一页 下一页

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5.3.1高频反射式涡流传感器 ●1.基本原理 ●2.等效电路 ●3. 传感器的结构 。4. 测量电路

5.3.1 高频反射式涡流传感器 ⚫ 1. 基本原理 ⚫ 2．等效电路 ⚫ 3. 传感器的结构 ⚫ 4. 测量电路

1.基本原理 线圈置于金属导体附近： 线圈L 线圈中通以高频信号s 正弦交变磁场H 金属板 金属导体内就会产生涡流 i(p,u,t) 涡流产生电磁场 反作用于线圈，改变了电感 电感变化程度取决于线圈L的外形尺寸、线圈L至金属板之间的 距离、金属板材料的电阻率、磁导率以及频率等。 返回 上一页 下一页

1. 基本原理 线圈置于金属导体附近： 线圈中通以高频信号 i s 正弦交变磁场 H 金属导体内就会产生涡流 涡流产生电磁场 反作用于线圈 ,改变了电感. 电感变化程度取决于线圈 L 的外形尺寸、线圈 L 至金属板之间的 距离、金属板材料的电阻率、磁导率以及频率等。 返 回 上一页 下一页

(1) 当没有测量体接近传感器时 传感器的线圈由于高频电流的的激励将产生一 高频交变磁场 (2)当被测导电体靠近传感器的线圈时， 可产生下面一系列变化： 1)产生了涡流-涡流产生反作用磁场抵 抗原磁场的存在 2)产生了两个效应 3)品质因数Q发生变化 4)传感器等效阻抗发生变化

（1）当没有测量体接近传感器时 ⚫ 传感器的线圈由于高频电流的i的激励将产生一 高频交变磁场 （2）当被测导电体靠近传感器的线圈时， 可产生下面一系列变化： 1）产生了涡流-涡流产生反作用磁场-抵 抗原磁场的存在 2）产生了两个效应 3）品质因数Q发生变化 4）传感器等效阻抗发生变化

2.等效电路 @L(1-K2) LK2 R: 电感L,表示金属板对涡流呈现的电感效应 电阻R。表示在金属板上的涡流损耗 互感系数M表示L:与原线圈L之间的相互作用 R为原线圈L的损耗电阻 C为线圈与装置的分布电容 返回 上一页 下一页

2． 等效电路 电感 LE 表示金属板对涡流呈现的电感效应 电阻 RE 表示在金属板上的涡流损耗 互感系数 M 表示 LE 与原线圈L之间的相互作用 R 为原线圈 L 的损耗电阻 C 为线圈与装置的分布电容 返 回 上一页 下一页

考虑到涡流的反射作用，L两端的阻抗乙，可用下式表示 @'M2 乙，=R+joL+Re+joLE R+joL(1+K2) (2)式 joLK2 RLK2 式中，0—信号源的角频率； K一耦合系数， 2=/(LLE). 返同 上一页 下一页

2 2 2 2 2 1 1 1 (1 ) j LK R LK R j L K R j L M Z R j L E E E L + = + + + = + +      考虑到涡流的反射作用，L两端的阻抗ZL可用下式表示 式中,ω——信号源的角频率； K——耦合系数， K2=M2／(L·LE )。 返 回 上一页 下一页 (2) 式

计算邻近高频线圈的金属板呈现的电感效应与涡流损耗之间 的数量关系可以进行估计。 表5.4.1不同频率时的感抗分量与电阻分量 频率 感抗 电阻RE (2) (MH2) OLs(2) p=12·cm b=J005●cN 0.1 0.002 0.02 10 1.0 0.0063 0.063 100 10.0 0.02 0.2 金属板对涡流呈现的电感效应可以用许多大小不同的电感线圈 按一定方式结合起来的总效应来等效。 返回 上一页 下一页

() LS ()  = 1 • cm  =100• cm 频率 （MHZ） 感抗 电阻RE 1 0.1 0.002 0.02 10 1.0 0.0063 0.063 100 10.0 0.02 0.2 表5.4.1 不同频率时的感抗分量与电阻分量 计算邻近高频线圈的金属板呈现的电感效应与涡流损耗之间 的数量关系可以进行估计。 金属板对涡流呈现的电感效应可以用许多大小不同的电感线圈 按一定方式结合起来的总效应来等效。 返 回 上一页 下一页

由于R<@L则式(2)可以简化为 乙，=R+R2K2+jo0-K2) (3)式 乙的虚部与金属板的电阻率无关，而仅与耦合系数有关 即仅与线圈至金属板之间的距离有关 在实际条件下，即K<1,并有R<ωLB 可以认为式(3)在特定条件下 (测量信号频率较高，金属板电阻率较小且变化范围不大) 存在着以下的关系 RE LE K2(oL(1-K2) 返回 上一页 下一页

由于R<<ωLB则式(2)可以简化为 (1 ) 2 2 K j L K L L Z R R E L = + E +  − ZL的虚部与金属板的电阻率无关，而仅与耦合系数K有关， 即仅与线圈至金属板之间的距离有关 在实际条件下，即K<1，并有R<<ωLB 可以认为式(3)在特定条件下 (测量信号频率较高，金属板电阻率较小且变化范围不大) 存在着以下的关系 (1 ) 2 2 K L K L L R E E   − 返 回 上一页 下一页 (3) 式

3.传感器的结构 1. 线圈 2. 框架 3.框架衬套 4. 支架 5.电缆 6. 插头 返回 上一页 下一页

3. 传感器的结构 1. 线圈 2. 框架 3．框架衬套 4．支架 5．电缆 6．插头 返 回 上一页 下一页