传感器课件3.5 电涡流式传感器d

V系列电涡流位移传感器性能一览表 系列电涡流位移 电涡流位移传感器性能一览表
(摘自洞头开关厂资料) 摘自洞头开关厂资料)
偏心和振动检测
测量弯曲,波动,变形 测量弯曲,波动,
对桥梁,丝杆等机械结构的 振动测量,须使用多个传感器.
测量金属薄膜, 测量金属薄膜,板材厚度电涡流测厚仪
测量冷轧板厚度
测量封口机工作间隙
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3.厚度测量
电涡流式厚度计的测量原理图
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4.转速测量
f N = × 60 n
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f——频率值(Hz); n——旋转体的槽(齿)数; N——被测轴的转速(r/min).
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5. 涡流探伤
可以用来检查金属的表面裂纹, 可以用来检查金属的表面裂纹,热处理裂纹以 及用于焊接部位的探伤等. 及用于焊接部位的探伤等. 综合参数(x, ρ, )的变化将引起传感器参数的 综合参数 的变化将引起传感器参数的 变化, 变化,通过测量传感器参数的变化即可达到探 伤的目的. 伤的目的. 在探伤时导体与线圈之间是有着相对运动速度 的,在测量线圈上就会产生调制频率信号
线圈外径大,线性范围就大,但灵敏度低; 线圈外径大,线性范围就大,但灵敏度低;线圈 内径和厚度的变化影响较小; 内径和厚度的变化影响较小; 被测体的电导率高,灵敏度也高.磁导率相反, 被测体的电导率高,灵敏度也高.磁导率相反, 且磁性体比非磁性体的灵敏度低. 且磁性体比非磁性体的灵敏度低. 被测体表面镀层性质和厚度不均匀将影响测量精 度. 被测体的大小和形状的影响. 被测体的大小和形状的影响.平面被测体的直径 不应小于线圈直径的1.8倍 不应小于线圈直径的 倍.圆柱被测体直径不应小于 线圈直径的3.5倍 线圈直径的 倍. 被测体厚度一般要大于0.2mm才不影响测量结果 被测体厚度一般要大于 才不影响测量结果 .
数显位移测量仪及探头 数显位移测量仪及探头
4~20mA电涡流位移传感器外形 参考德国图尔克公司资料) 4~20mA电涡流位移传感器外形(参考德国图尔克公司资料)
齐平式电涡流位移传感器外形 参考德国图尔克公司资料) 齐平式电涡流位移传感器外形(参考德国图尔克公司资料)
V系列电涡流位移传感器外形(参考浙江洞头开关厂资料) 系列电涡流位移 电涡流位移传感器外形 参考浙江洞头开关厂资料)
ρ t = 5030 r f
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3.5.3 测量电路 的工作原理, 根据电涡流式传感器 的工作原理,针对被测参 电感, 量可以转换为电感 阻抗或Q值三种参数的变化, 量可以转换为电感,阻抗或 值三种参数的变化,测 量电路也有三种:谐振电路,电桥电路和Q值测试电 量电路也有三种:谐振电路,电桥电路和 值测试电 路. 本节只讲解谐振电路 谐振电路. 本节只讲解谐振电路. 谐振电路的原理是将传感器线圈和电容组成并联 谐振回路,则谐振时的频率和阻抗为: 谐振回路,则谐振时的频率和阻抗为:
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在探伤时,重要的是缺陷信号和干扰信号比. 在探伤时,重要的是缺陷信号和干扰信号比. 为了获得需要的频率而采用滤波器, 为了获得需要的频率而采用滤波器,使某一频率 的信号通过,而将干扰频率信号衰减. 的信号通过,而将干扰频率信号衰减.
用涡流探伤时的测量信号
a)比较浅的裂缝信号 比较浅的裂缝信号
间隙越大, 间隙越大, 电涡流越小
测量注塑机开合模的间隙 间距
电涡流位移传感器的距离 与输出电压特性曲线
1—量程为10mm 2—量程为16mm
3—量程为20mm
振动测量
用电涡 流探头, 流探头, 调幅法测 量简谐振 动时, 动时,探 头的输出 波形. 波形.
L2 ω 2 M 2 Q = Q0 1 L1 Z 2 2
Q0 = ωL1 R1
2
R2 ω 2 M 2 1 + R线圈的Q值
2
Z 2 = R 2 + ω 2 L2
短路环的阻抗
三式均为M的非线性函数 三式均为 的非线性函数
3.5.2 结构类型
3..5.4 电涡流式传感器的应用
Z=f(i1,f,,ρ,r,x) ( , , ) 间距x的测量:如果控制上式中的i 间距 的测量:如果控制上式中的 1,f,, 的测量 , ρ , r不变 , 电涡流线圈的阻抗 就成为间距 的 不变, 就成为间距x的 不变 电涡流线圈的阻抗Z就成为间距 单值函数, 单值函数 , 这样就成为非接触地测量位移的传 感器. 感器. 多种用途: 不变, 多种用途:如果控制其他参数不变,就可以 用来检测与表面电导率ρ有关的表面温度 表面温度, 用来检测与表面电导率ρ有关的表面温度,表 面裂纹等参数, 面裂纹等参数,或者用来检测与材料磁导率有 关的材料型号 表面硬度等参数 材料型号, 等参数. 关的材料型号,表面硬度等参数.
结论:
测量薄板时应选较高的频率, 测量薄板时应选较高的频率,测量厚材时应选较低 的频率. 的频率.
当被测材料的电阻率不同时,渗透深度的值也不相同, 当被测材料的电阻率不同时,渗透深度的值也不相同, 电阻率不同时 于是又引起u2- 曲线形状的变化 曲线形状的变化, 于是又引起 -h曲线形状的变化,为使测量不同的材 料时所得到的曲线形状相近,就需在变动 时保持t不变 变动ρ时保持 不变, 料时所得到的曲线形状相近,就需在变动 时保持 不变, 这时应该相应地改变 改变f. 较小的材料(如紫铜 这时应该相应地改变 .测ρ较小的材料 如紫铜 时,选 较小的材料 如紫铜)时 而测ρ较大的材料 如黄铜, 用较低的频率 (500Hz);而测 较大的材料 如黄铜 , 铝 ) 而测 较大的材料(如黄铜 时,则选用较高的频率 (2KHz),从而保证传感器在测 , 量不同材料时的线性度和灵敏度的一致性. 量不同材料时的线性度和灵敏度的一致性.
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b)经过幅值甄别后的信号 经过幅值甄别后的信号
位移测量仪
位移测量包含: 位移测量包含: 偏心,间隙, 偏心,间隙,位 倾斜,弯曲, 置,倾斜,弯曲,变 移动,圆度, 形,移动,圆度,冲 偏心率,冲程, 击,偏心率,冲程, 宽度等等. 宽度等等.来自不同 应用领域的许多量都 可归结为位移或间隙 变化. 变化
t1 > t 2 > t 3
u2 ~ e
h
t
t大,则u2大 大 大
ρ t = 5030 r f
要选择变化率较大的曲线部分: 要选择变化率较大的曲线部分: 测薄板时, 小 测薄板时,h小,选t3 ,即激励频率要高 , 测厚板时,h大,选t1 ,即激励频率要低. 测厚板时, 大 即激励频率要低.
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线圈的电感 ,阻抗和品质因数的变化程度取决于 线圈L的外形尺寸,线圈至金属板的距离, 线圈 的外形尺寸,线圈至金属板的距离,金属板材 料的电阻率和 以及激励电源的频率 激励电源的频率等参数 料的电阻率和磁导率 以及激励电源的频率等参数 . 若控制上述参数中的一个发生变化 其余不变, 一个发生变化, 若控制上述参数中的一个发生变化,其余不变, 就能构成测量该参数的传感器. 就能构成测量该参数的传感器. 电涡流效应的等效电路如图, 电涡流效应的等效电路如图 导体中的电涡流等效为短路环中 的电流I 的电流 2.根据基尔霍夫定律得 电压平衡方程: 电压平衡方程:
1.位移测量
(a) 汽轮机主轴的轴向位移测量示意图 (b) 磨床换向阀,先导阀的位移测量示意图 (c) 金属试件的热膨胀系数测量示意图
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2. 振幅测量
(a)汽轮机和空气压缩机常用的监控主轴的径向振动的示意图 (b)测量发动机涡轮叶片的振幅的示意图 (c) 通常使用数个传感器探头并排地安置在轴附近
3.4 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, 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. 称为涡流 导体内闭合 称为涡流.
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3.5.1 工作原理
线圈置于金属导体附近: 线圈置于金属导体附近: 线圈中通以交变电流 i1
i1产生正弦交变磁场 H1
被测参数
位移,厚度,振动
变换量
特
(1) (2)
征
x
ρ
非接触测量,连续测量 受剩磁的影响.
表面温度,电解质浓度 材质判别,速度(温度)
(1) (2)
非接触测量,连续测量; 对温度变化进行补偿
应力,硬度
x, ρ ,
(1) (2)
非接触测量,连续测量; 受剩磁和材质影响
探伤
可以定量测量
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f = 1 2π LC
(
)
Z0 = L R /C
当传感器电感L变 化时,f 和Z0均随之改 变.
1.定频调幅电路 定频调幅电路
晶体振荡器提供高频激励信号; 晶体振荡器提供高频激励信号; R为耦合电阻; 为耦合电阻; 为耦合电阻 输出高频载波信号较小,高频放大,检波, 输出高频载波信号较小,高频放大,检波,滤 波环节使输出信号便于传输与测量; 波环节使输出信号便于传输与测量; 源极输出器用于减小振荡器的负载; 源极输出器用于减小振荡器的负载;
金属导体内就会产生涡流i2 产生反向电磁场H 涡流i2产生反向电磁场 2 反作用于线圈 ,导致线圈的 导致线圈的 阻抗和品质因数变化 电感 ,阻抗和品质因数变化
电涡流效应演示
当电涡流线 圈与金属板的距 减小时 离x 减小时,电 涡流线圈的等效 涡流线圈的等效 电感L 及感抗X 电感 及感抗 L 减小, 减小,但等效电 增大. 阻R 增大. 由于感抗X 由于感抗 L 的变化比 R 的变 化 大 得 多,因 此,流过线圈的 增大. 电流 i1 增大.
1.
高频反射式