浙江大学：《自动检测技术》课程授课教案（PPT课件）第3章 电感式传感器 3.3 电涡流

第3章电感式传感器

第3章 电感式传感器

浙泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 本章内容 自感式传感器 差动变压器 涡流传感器 2

—传感器与检测技术— 2 3.1 自感式传感器 本章内容 3.2 差动变压器 3.3 涡流传感器

浙泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 3.3 涡流传感器 涡流： 成块的金属置于变化的磁场中，或者在固 定磁场中运动时，金属导体内就要产生感 应电流，这种电流的流线在金属内是闭合 的，所以称为涡流。 涡流产生的必 ①存在交变磁场； 要条件是： ②导体处于交变磁场中。 涡流式传感器的变换原理： 利用金属导体在交流磁场中的涡流效应。 3

—传感器与检测技术— 3 涡流式传感器的变换原理： 利用金属导体在交流磁场中的涡流效应。 3.3 涡流传感器 涡流： 成块的金属置于变化的磁场中，或者在固 定磁场中运动时，金属导体内就要产生感 应电流，这种电流的流线在金属内是闭合 的，所以称为涡流。 ①存在交变磁场； ②导体处于交变磁场中。 涡流产生的必 要条件是：

洲沪大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 集肤效应 一般来说涡流与激励线圈平面平行且局限于感应磁场所 能涉及的区域。如图3.3.1所示，涡流集中在靠近激励线圈的 金属表面，其强度随透射深度的增加而呈指数衰减，此即所 谓的“集肤效应”。 AC 3.3.1涡流透射深度示意图 4

—传感器与检测技术— 4 一般来说涡流与激励线圈平面平行且局限于感应磁场所 能涉及的区域。如图3.3.1所示，涡流集中在靠近激励线圈的 金属表面，其强度随透射深度的增加而呈指数衰减，此即所 谓的“集肤效应”。 3.3.1 涡流透射深度示意图 集肤效应

浙沪大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 一般定义涡流衰减到表面涡流强度的37%为“标准 透射深度”，可用下式表示： h=50 (3.3.1) 式中，p为导体电阻率，单位：2cm;为导体磁导率，单 位：H/m;f为激励频率，单位：Hz。 涡流 高频反射式 传感器 低频透射式 应用较广 5

—传感器与检测技术— 5 一般定义涡流衰减到表面涡流强度的37%为“标准 透射深度”，可用下式表示: （3.3.1） 式中, ρ为导体电阻率，单位：Ω·cm；为导体磁导率，单 位：H/m；ƒ为激励频率，单位：Hz。 h 50 f   = 涡流 高频反射式 传感器 低频透射式 应用较广

浙泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 3.3.1工作原理 1.高频反射式涡流传感器 ★ 机械工业出版杜 tp://www.cmpbook.com mA° 线圈 金属板 图3.3.2涡流的发生 6

—传感器与检测技术— 6 3.3.1 工作原理 1.高频反射式涡流传感器 图3.3.2 涡流的发生

浙泸大》宁波理工学院 一传感器与检测技术一 线圈置于金属导体附近： 线圈中通以高频信号 线圈L 正弦交变磁场H1 H 金属板 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 7

—传感器与检测技术— 7 线圈置于金属导体附近： 线圈中通以高频信号 正弦交变磁场 H1 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

洲沪大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 2.高频反射式涡流传感器结构 高频反射式涡流传感器结 构比较简单，主要由一个安置在 框架上的扁平圆形线圈构成。 图3.3.3涡流传感器结构 1一线圈；2一线圈骨架，3一骨架衬套；4一支架，5一电缆；6一插头 8

—传感器与检测技术— 8 2．高频反射式涡流传感器结构 高频反射式涡流传感器结 构比较简单，主要由一个安置在 框架上的扁平圆形线圈构成。 图3.3.3 涡流传感器结构 1－线圈；2－线圈骨架；3－骨架衬套；4－支架；5－电缆；6－插头

浙沪大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 组成： 电涡流传感器由探头、延伸电缆、前置器三部份组成。 探头 探头由电感、保护罩、不锈钢壳体、高频电缆、高频接头 等组成，根据不同的测量范围，可以选用不同直径规格的 探头；根据不同的安装要求，可以选用不同安装方式（如： 正装、反装、无螺纹)。 延伸电缆 延伸电缆的两端都安装有SMA自锁插头，其中一头配备 了防油保护套，专用于保护自锁插头不受油污介质污染， 以提高系统可靠性。 前置器 前置器是系统的核心部分，它包括了整个传感器系统 的振荡、线性检波、滤波、线性补偿、放大等电路，与延 伸电缆、探头一起构成电涡流传感器。 9

—传感器与检测技术— 9 组成： 电涡流传感器由探头、延伸电缆、前置器三部份组成。 探头 探头由电感、保护罩、不锈钢壳体、高频电缆、高频接头 等组成，根据不同的测量范围，可以选用不同直径规格的 探头；根据不同的安装要求，可以选用不同安装方式（如： 正装、反装、无螺纹）。 延伸电缆 延伸电缆的两端都安装有SMA自锁插头，其中一头配备 了防油保护套，专用于保护自锁插头不受油污介质污染， 以提高系统可靠性。 前置器 前置器是系统的核心部分，它包括了整个传感器系统 的振荡、线性检波、滤波、线性补偿、放大等电路，与延 伸电缆、探头一起构成电涡流传感器

洲汁大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 3.等效电路与阻抗特性 (1)空载等效电路和空载阻抗特性 空载等效电路如图3.3.4所示，R、L分别 为传感器线圈的电阻与电感。空载阻抗特性就是 没有任何导体与传感器线圈耦合时的阻抗特性。 Z=R+joL 3.3.1) 则 Z=VR2+(@L)2 OL o arctan R 图3.3.4涡流传感器空载等效电路 10

—传感器与检测技术— 10 3．等效电路与阻抗特性 （1）空载等效电路和空载阻抗特性 空载等效电路如图3.3.4所示， 、 分别 为传感器线圈的电阻与电感。空载阻抗特性就是 没有任何导体与传感器线圈耦合时的阻抗特性。 (3.3.1) 则 R L Z = R + jL ( ) 2 2 Z = R + L R L  = arctan 图3.3.4 涡流传感器空载等效电路