第四章-电涡流式传感器()讲解学习

自动检测技术(化工版）教案：第四章电涡流式传感器➢教学要求1．了解电涡流效应和等效阻抗分析。

2．熟悉电涡流探头结构和被测体材料、形状和大小对灵敏度的影响。

3．熟悉电涡流式传感器的测量转换电路。

4．掌握电涡流式传感器的应用。

5．掌握接近开关的分类和特点。

➢教学手段多媒体课件、各种电涡流传感器演示➢教学课时3学时➢教学内容：第一节电涡流传感器工作原理一、电涡流效应（演示）从金属探测器的探测过程导出电涡流传感器的电涡流效应。

从金属探测器的结构来说明图4-1电涡流传感器工作原理。

二、等效阻抗分析图4-1中的电感线圈称为电涡流线圈。

分析它的等效电路：一个电阻R和一个电感L 串联的回路。

电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表达式（分析其实际价值）Z=R+jωL=f（i1、f、μ、σ、r、x）（4-1）结论：电涡流线圈的阻抗与μ、σ、r、x之间的关系均是非线性关系，解决方法：必须由微机进行线性化纠正。

第二节电涡流传感器结构及特性一、电涡流探头结构（实物演示）电涡流传感器的传感元件是一只线圈，俗称为电涡流探头。

线圈结构：用多股较细的绞扭漆包线（能提高Q值）绕制而成，置于探头的端部，外部用聚四氟乙烯等高品质因数塑料密封，（图4-2）。

CZF-1系列电涡流探头的性能：表4-1 CZF-1系列传感器的性能提问：请同学由上表分析得出结论：探头的直径越大，测量范围就越大，但分辨力就越差，灵敏度也降低。

二、被测体材料、形状和大小对灵敏度的影响线圈阻抗变化与哪些因素有关：金属导体的电导率、磁导率等。

第三节测量转换电路（简单介绍调幅式和调频式测量转换电路。

）一、调幅式电路调幅式：以输出高频信号的幅度来反映电涡流探头与被测金属导体之间的关系。

图4-3：高频调幅式电路的原理框图。

调幅式缺点：电压放大器的放大倍数的漂移会影响测量精度，必须采取各种温度补偿措施。

二、调频式电路联系收音机，说明所谓调频式就是将探头线圈的电感量L与微调电容C0构成LC振荡器，以振荡器的频率f作为输出量。

一文读懂电涡流传感器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。

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。

注意：电涡流传感器要求被测体必须是导体。

电涡流传感器的工作原理当接通传感器系统电源时，在前置器内会产生一个高频信号，该信号通过电缆送到探头的头部，在头部周围产生交变磁场H1。

如果在磁场H1的范围没有金属导体接近，则发射到这一范围内的能量都会被释放；反之，如果有金属导体接近探头头部，则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场，该电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2。

由于H2的反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位，即改变了线圈的有效阻抗。

这种变化与电涡流效应有关，也与静磁学效应有关（与金属导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈几何参数、激励电流频率以及线圈到金属导体的距离参数有关）。

假定金属导体是均质的，其性能是线形和各向同性的，则线圈——金属导体系统的磁导率u、电导率σ、尺寸因子r、线圈与金属导体距离δ线圈激励电流I和频率ω等参数来描述。

因此线圈的阻抗可用函数Z=F（u，σ，r，δ，I，ω）来表示。

如果控制u，σ，r，I，ω恒定不变，那么阻抗Z就成为距离的单值函数，由麦克斯韦尔公式，可以求得此函数为一非线形函数，其曲线为“S”型曲线，在一定范围内可以近似为一线形函数。

通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离δ的变化转化成电压或电流的变化。

输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。

一般来说，传感器线圈的阻抗、电感和品质因数的变化与导体的几何形状、导电率和磁导率有关。

电涡流传感器的工作原理
电涡流传感器是一种常用的非接触式测量传感器，它利用了电涡流的原理来实现对物体表面缺陷、形状、尺寸和位置等参数的测量。

其工作原理主要基于电磁感应和涡流效应，通过对被测物体表面感应出的涡流信号进行分析，从而实现对物体参数的测量。

首先，让我们来了解一下电涡流的基本原理。

当导体材料置于交变磁场中时，由于磁感应线的变化，导体内将产生感应电流，这种现象就是电涡流。

电涡流会产生磁场，这个磁场又会影响原来的磁场，从而改变了原来的磁场分布。

利用这种原理，电涡流传感器可以实现对被测物体表面的非接触式测量。

电涡流传感器主要由激励线圈和接收线圈两部分组成。

激励线圈通过交变电流产生交变磁场，而接收线圈则用来感应被测物体表面产生的涡流信号。

当被测物体靠近传感器时，感应出的涡流信号将会影响接收线圈的电压输出，通过对这个电压信号的分析处理，就可以得到被测物体表面的参数信息。

电涡流传感器的工作原理可以简单总结为，激励线圈产生交变磁场，被测物体表面感应出涡流信号，接收线圈感应出涡流信号并输出电压信号，通过对电压信号的分析处理得到被测物体表面参数信息。

电涡流传感器具有许多优点，例如非接触式测量、高精度、高灵敏度、不受被测物体材料影响等特点，因此在工业生产中得到了广泛应用。

它可以用于金属材料的缺陷检测、尺寸测量、位置测量等领域，为工业生产提供了重要的技术支持。

总之，电涡流传感器通过利用电涡流的原理实现了对被测物体表面参数的非接触式测量，具有高精度、高灵敏度等优点，在工业生产中发挥着重要作用。

希望本文对电涡流传感器的工作原理有所帮助，谢谢阅读！。

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