电涡流位移传感器的原理

电涡流传感器位移特性实验报告
一、实验目的
通过实验研究电涡流传感器的位移特性，了解电涡流传感器的工作原理和应用范围。

二、实验原理
三、实验器材
1.电涡流传感器
2.信号发生器
3.示波器
4.金属样品
四、实验步骤
1.将电涡流传感器固定在实验台上，将金属样品放在传感器的检测区域内。

2.连接信号发生器和示波器，设置合适的频率和电压。

3.逐渐增加金属样品的位移，观察信号发生器输出的频率和示波器显示的波形变化。

4.记录金属样品位移和传感器输出信号的对应关系。

五、实验结果
在实验中，我们逐渐增加金属样品的位移，观察信号发生器输出的频
率和示波器显示的波形变化。

根据实验结果，可以得到金属样品的位移和
传感器输出信号的对应关系。

六、实验讨论
通过实验，我们发现位移增加时，传感器输出信号的频率也相应增加。

这是因为金属样品位移增加时，电涡流的密度和分布发生变化，导致传感
器测量到的电磁感应信号频率发生变化。

七、实验结论
通过本次实验，我们了解了电涡流传感器的位移特性，得到了金属样
品位移和传感器输出信号的对应关系。

电涡流传感器可以通过测量金属物
体表面电涡流的变化来检测金属物体位移，具有广泛的应用前景。

八、实验感想。

实验三电涡流传感器位移测量实验一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。

二、基本原理：电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。

电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体（导电体—金属涡流片）组成，如图22.1.1所示。

根据电磁感应原理，当传感器线圈（一个扁平线圈）通以交变电流I1（频率较高，一般为1MHz～2MHz）时，线圈周围空间会产生交变磁场H1，当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流I2，而I2所形成的磁通链又穿过传感器线圈，这样线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感，从而导致传感器线圈的阻抗Z发生变化。

我们可以把被测导体上形成的电涡等效成一个短路环，这样就可得到如图22.1.2的等效电路。

图22.1.1 电涡流传感器原理图图22.1.2 电涡流传感器等效电路图图中R1、L1为传感器线圈的电阻和电感。

短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R2、电感为L2。

线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的减小而增大。

根据等效电路可列出电路方程组：通过解方程组，可得I1、I2。

因此传感器线圈的复阻抗为：线圈的等效电感为：线圈的等效Q值为：式中：Q0—无涡流影响下线圈的Ｑ值，Q0＝ωＬ1／R1；Ｚ22—产生电涡流部分的阻抗，Ｚ22＝R22+ω2L22。

由式Z、L和式Ｑ可以看出，线圈与金属导体系统的阻抗Z、电感L和品质因数Ｑ值都是该系统互感系数平方的函数，而从麦克斯韦互感系数的基本公式出发，可得互感系数是线圈与金属导体间距离x(H)的非线性函数。

因此Z、L、Ｑ均是ｘ的非线性函数。

虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为"S"型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。

其实Z、L、Ｑ的变化与导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离有关。

如果控制上述参数中的一个参数改变，而其余参数不变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。

电涡流传感器系统的工作原理是电涡流效应，属于一种电感式测量原理。

电涡流效应源自振荡电路的能量。

而电涡流需要在可导电的材料内才可以形成。

给传感器探头内线圈导入一个交变电流以在探头线圈周围形成一个磁场。

如果将一个导体放入这个磁场,根据法拉第电磁感应定律激发出电涡流。

根据楞兹定律,电涡流的磁场方向与线圈磁场正好相反,而这将改变探头内线圈的阻抗性能参数测量量程1mm 2mm 4mm 5mm 12.5mm 20mm 25mm 50mm探头直径Φ6mm Φ8mm Φ11mm Φ17mm Φ30mm Φ40mm Φ50mm Φ60mm线性误差≤±0.25 ≤±0.25 ≤±0.5 ≤±0.5 ≤±1 ≤±1 ≤±1 ≤±2 (%FS)分辨率0.05um 0.1um 0.2um 0.25um 0.625um 1.0um 1.25um 2.5um重复性0.1um 0.2um 0.4um 0.5um 1.25um 2.0um 2.5um 5um频率响应0～10KHz 0～8KHz 0～2KHz 0～1KHz (-3dB)输出信号0～5V，0～10V，4～20mA，RS485电压型+9～18VDC，+18～36VDC或±15V～±18VDC可选供电电压电流型+22～30VDC,RS485型+12VDC电压型＜45mA工作电流电流型＜25mARS485型＜40mA纹波≤20mV系统温漂≤0.05%/℃静态灵敏度根据输出信号和对应量程而定电压输出：负载能力＜10KΩ输出负载电流输出：负载能力＜500Ω标定时（20±5）℃环境温度探头-30℃～+150℃使用温度前置器-30℃～+85℃探头 IP67防护等级前置器 IP65探头电缆默认2m，可定制电源电缆默认2m，可定制接线定义电流型电压型RS485 棕线电源正 +24VDC 电源正 +12VDC或+24VDC 电源正 +12VDC黑线空电源负 0V 电源负 0V蓝线电流输出 OUT 输出正 OUT+ RS485 A+白线空输出负 OUT- RS485 B-屏蔽线接大地 GND 接大地 GND 接大地 GND探头典型结构图示在制作过程中，探头头部体一般采用耐高温ABS+PC工程塑料，通过“二次注塑”成型将线圈密封其中。

电涡流传感器结构电涡流传感器是一种常用的非接触式传感器，它利用电涡流效应来测量物体的位置、速度和形状等参数。

本文将从电涡流传感器的结构、工作原理和应用领域等方面进行详细介绍。

一、电涡流传感器的结构电涡流传感器的主要部件包括传感器头、激励线圈、接收线圈和信号处理电路等。

1. 传感器头：传感器头是电涡流传感器的核心部件，它通常由铜或铝制成。

传感器头的外形多为圆柱形，底部设置了一个槽口，用于安装激励和接收线圈。

2. 激励线圈：激励线圈通过通电产生交变磁场，激励物体产生电涡流。

激励线圈通常由多层绕组构成，以增强磁场的强度和稳定性。

3. 接收线圈：接收线圈用于检测物体产生的电涡流，并将其转化为电信号。

接收线圈通常与激励线圈相互独立，但它们之间的距离很近，以提高传感器的灵敏度和响应速度。

4. 信号处理电路：信号处理电路对接收到的电信号进行放大、滤波和解调等处理，以获得准确的测量结果。

信号处理电路通常由模拟电路和数字电路组成，可以根据不同的应用需求进行设计。

二、电涡流传感器的工作原理电涡流传感器的工作原理基于电磁感应和电涡流效应。

当激励线圈通电时，会在传感器头附近产生一个交变磁场。

当传感器头靠近导电物体时，物体内部会感应出一个感应电流，即电涡流。

这个电涡流的方向和大小与物体的导电性、形状和相对速度等因素有关。

接收线圈检测到电涡流的变化，并将其转化为电信号。

信号处理电路对接收到的电信号进行处理，得到物体的位置、速度和形状等参数。

三、电涡流传感器的应用领域电涡流传感器广泛应用于工业自动化、航空航天、汽车制造、医疗设备等领域。

1. 位移测量：电涡流传感器可用于测量物体的位移，如测量机械零件的偏心量、轴向位移等。

2. 速度测量：电涡流传感器可以测量物体的速度，如测量转子的转速、涡轮的叶片速度等。

3. 形状测量：电涡流传感器可以测量物体的形状，如测量管道的弯曲程度、板材的变形等。

4. 材料检测：电涡流传感器可以用于检测材料的导电性和缺陷，如检测金属管道的腐蚀程度、焊接接头的质量等。

电涡流位移传感器的原理及其静态标定方法电涡流是20世纪70年代以后发展较快的一种新型传感器，它广泛的应用在位移震动检测、金属材质鉴别，无损探伤等技术领域。

实验目的：了解电涡流位移传感器的结构和工作原理。

了解电涡流位移传感器的静态标定方法。

实验原理结构：变间隙式是最常用的一种电涡流传感器形式，它的结构很简单，由一个扁平线圈固定在框架上构成。

线圈用高强度漆包铜线或银线绕成，用粘结剂粘在框架端部或是绕指在框架槽内。

线圈框架应采用损耗小、电性能好、热膨胀系数小的材料，常用高频陶瓷、聚四氟乙烯等。

由于激励频率较高，对所用的电缆和插头也要充分重视，一般使用专用的高频电缆和插头。

工作原理：在传感器线圈中通以高频电流，则在线圈中产生高频交变磁场。

当到点被测金属板接近线圈，并置于线圈的磁场范围内，交变磁场在金属板的表面层内产生感应电流，即电涡流。

电涡流又产生一个反向的磁场，减弱了线圈的原磁场，从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因素发生变化，这些参数的变化与导体的几何形状、电导率、线圈的几何参数、电流的频率以及线圈与被测导体间的距离有关。

如果控制上述参数的变化，在其他条件不变的情况下，仅是线圈与金属板之间距离的单值函数，从而达到测量位移间隙的目的。

测量电路当传感器接近被测导体时，损耗功率增大，回路失谐，输出电压相应变小。

这样，在一定范围内，输出电压幅值与间隙呈近似线性关系。

由于输出电压的频率始终恒定，因此称为定频幅式。

这种电路采用适应晶体振荡器，旨在获得高稳定度频率的高频激励信号，以保证稳定的输出。

实验仪器与材料电涡流位移传感器静态标定系统Hz-8500探头前置器8511型电涡流探头电涡流传感器测量装置高精度数字万用表。

实验内容：实验一：被测金属板采用铝质板，测量U-x 关系曲线。

实验二：被测金属板仍采用铝质板，但直径较小，测量U-x 关系曲线。

实验三：被测金属板采用铁板，测量U-x 关系曲线。

5、实验数据：实验一数据：6、实验要求：1、画出（实验一）中的U-x 关系曲线，确定传感器的线性工作范围计算传感器的灵敏度。

电涡流传感器原理是什么篇一：电涡流传感器基本原理电涡流传感器原理图1、什么是电涡流效应？电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，且呈闭合回路，类似于水涡流形状，故称之为电涡流也叫做电涡流效应，其实是电磁感应原理的延伸。

注意：电涡流传感器要求被测体必须是导体。

传感器探头里有小型线圈，由控制器控制产生震荡电磁场，当接近被测体时，被测体表面会产生感应电流，而产生反向的电磁场。

这时电涡流传感器根据反向电磁场的强度来判断与被测体之间的距离。

2、电涡流传感器的工作原理与结构。

传感器线圈由高频信号激励，使它产生一个高频交变磁场φi，当被测导体靠近线圈时，在磁场作用范围的导体表层，产生了与此磁场相交链的电涡流ie，而此电涡流又将产生一交变磁场φe阻碍外磁场的变化。

从能量角度来看，在被测导体内存在着电涡流损耗（当频率较高时，忽略磁损耗）。

能量损耗使传感器的Q值和等效阻抗Z降低，因此当被测体与传感器间的距离d改变时，传感器的Q值和等效阻抗Z、电感L均发生变化，于是把位移量转换成电量。

这便是电涡流传感器的基本原理3、电涡流传感器的实际应用电涡流传感器测量齿轮转速的应用4、使用电涡流传感器时的注意事项对被测体的要求为了防止电涡流产生的磁场影响仪器的正常输出安装时传感器头部四周必须留有一定范围的非导电介质空间，如果在某一部位要同时安装两个以上的传感器，就必须考虑是否会产生交叉干扰，两个探头之间一定要保持规定的距离，被测体表面积应为探头直径3倍以上，当无法满足3倍的要求时，可以适当减小，但这是以牺牲灵敏度为代价的，一般是探头直径等于被测体表面积时，灵敏度降低至70%，所以当灵敏度要求不高时可适当缩小测量表面积。

篇二：电涡流传感器的工作原理ecT-王素红------------------------------------------------------------利用电涡流传感器测量位移l电涡流传感器的工作原理一块金属放置在一个扁平线圈附近，相互并不接触，如图l所示。

实验六-电涡流传感器实验1：电涡流传感器位移实验一、实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。

二、实验原理通过交变电流的线圈产生交变磁场，当金属体处在交变磁场时，根据电磁感应原理，金属体内产生电流，该电流在金属体内自行闭合，并呈旋涡状，故称为涡流。

涡流的大小与金属导体的电阻率、导磁率、厚度、线圈激磁电流频率及线圈与金属体表面的距离ｘ等参数有关。

电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量，从而改变激磁线线圈阻抗，涡流传感器就是基于这种涡流效应制成的。

电涡流工作在非接触状态(线圈与金属体表面不接触)，当线圈与金属体表面的距离ｘ以外的所有参数一定时可以进行位移测量。

三、实验器械主机箱、电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、测微头、被测体(铁圆片)。

四、实验接线图五、实验数据记录以及数据分析实验数据如下：实验数据拟合图像如下：数据分析：由图像可知，位移-输出电压曲线的线性区域是0.4mm~4.4mm，进行正、负位移测量时的最佳工作点2.4mm处。

实验拟合直线方程为：y=1.9885x-0.8639灵敏度和非线性误差计算：测量范围为1mm时，灵敏度为1.0677（V/mm），非线性误差为20.426%测量范围为3 mm时，灵敏度为1.7738（V/mm），非线性误差为12.244%六、实验备注电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm 的量程应如何设计传感器？与被测物体的磁导率，电导率，尺寸因子，探头线圈的电流强度和频率有关。

通过调节前面五个因素的组合来达到所需要的量程。

实验2：被测体材质对电涡流传感器特性影响一、实验目的了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。

二、实验原理涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。

三、实验器械和实验1相同，另加铜和铝的被测体。

四、实验接线图和实验1相同。

五、实验数据记录以及数据分析实验数据记录如下：被测物体材料为铝时被测物体材料为铜时实验数据拟合图像如下：材料为铝，量程为1mm和3mm数据分析：由图像可知，位移-输出电压曲线的线性区域是0.1mm~1.0mm。

电涡流位移传感器原理
电涡流位移传感器利用了涡流效应来测量物体的位移。

涡流效应是指当一个导体在变化的磁场中移动时，会在导体内产生感应电流，进而产生磁场，这个磁场又会与变化的磁场相互作用，从而产生涡流。

涡流的大小与导体的导电性、磁场的强度、导体形状等因素有关。

电涡流位移传感器由一个线圈和一个金属圆盘组成。

当线圈中通过交流电时，会在金属圆盘上产生一个交变的磁场。

如果金属圆盘处于静止状态，那么它不会有涡流产生，因为没有磁场的变化。

但是，当金属圆盘受到外力作用而移动时，它会穿过线圈中的磁场，从而产生感应电流和涡流。

涡流产生的感应电流会经过线圈回路，形成一个感应电压。

这个感应电压与金属圆盘的位移成正比。

通过测量感应电压的大小，可以确定金属圆盘的位移量。

因此，通过测量感应电压的变化，就可以得到物体的位移信息。

电涡流位移传感器的优点是具有高精度、无接触、非破坏性等特点。

它常被应用于机械设备的位移测量、液位测量、压力测量等领域。

电涡流传感器原理图1、什么是电涡流效应？电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，且呈闭合回路，类似于水涡流形状，故称之为电涡流也叫做电涡流效应，其实是电磁感应原理的延伸。

注意：电涡流传感器要求被测体必须是导体。

传感器探头里有小型线圈，由控制器控制产生震荡电磁场，当接近被测体时，被测体表面会产生感应电流，而产生反向的电磁场。

这时电涡流传感器根据反向电磁场的强度来判断与被测体之间的距离。

2、电涡流传感器的工作原理与结构主要由一个安置在框架上的扁平圆形线圈构成。

此线圈可以粘贴于框架上，或在框架上开一条槽沟，将导线绕在槽内。

下图为涡流传感器的结构原理，它采取将导线绕在聚四氟乙烯框架窄槽内，形成线圈的结构方式。

传感器线圈由高频信号激励，使它产生一个高频交变磁场φi，当被测导体靠近线圈时，在磁场作用范围的导体表层，产生了与此磁场相交链的电涡流ie，而此电涡流又将产生一交变磁场φe阻碍外磁场的变化。

从能量角度来看，在被测导体内存在着电涡流损耗（当频率较高时，忽略磁损耗）。

能量损耗使传感器的Q值和等效阻抗Z 降低，因此当被测体与传感器间的距离d改变时，传感器的Q值和等效阻抗Z、电感L均发生变化，于是把位移量转换成电量。

这便是电涡流传感器的基本原理分析：转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期信号的频率进行测量。

转速测量方法有多种,我们采用计数法进行转速测量,即在一定时间间隔内,根据被测信号的周期数求转速。

在本系统中,测速圆盘上有i=6个突出的齿牙,转子每转一周,电涡流传感器将输出6个周期信号。

假设单位为s,齿轮数为N,f为频率，转子转速n单位为r/m i n,可由下式求:n=(f/N)*604、使用电涡流传感器时的注意事项对被测体的要求为了防止电涡流产生的磁场影响仪器的正常输出安装时传感器头部四周必须留有一定范围的非导电介质空间，如果在某一部位要同时安装两个以上的传感器，就必须考虑是否会产生交叉干扰，两个探头之间一定要保持规定的距离，被测体表面积应为探头直径3倍以上，当无法满足3倍的要求时，可以适当减小，但这是以牺牲灵敏度为代价的，一般是探头直径等于被测体表面积时，灵敏度降低至70%，所以当灵敏度要求不高时可适当缩小测量表面积。

电涡流位移（振动）传感器原理与应用电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。

它是一种非接触的线性化计量工具。

电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。

在高速旋转机械和往复式运动机械的状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。

如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。

从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运动状态，主要取决于其核心—转轴，而电涡流传感器，能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。

电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。

一、电涡流传感器的基本原理根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。

而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。

前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。

当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。

通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。

则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。

电涡流位移传感器的原理集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]电涡流位移传感器的工作原理：电涡流能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面距离。

它是一种非接触的线性化计量工具。

电涡流传感器能准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。

在高速旋转机械和往复式运动机械状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。

如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。

电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。

从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运动状态，主要取决于其核心—转轴，而电涡流传感器，能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。

根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。

而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。

前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。

当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变(线圈的有效阻抗)，这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。

通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。

则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。