高中物理实验十一电涡流式传感器的应用-振幅测量

电涡流传感器位移实验报告总结
电涡流传感器是一种非接触式测量仪器，可以用于测量金属表面的位移、振动和形状等参数。

本次实验旨在通过使用电涡流传感器来测量铝合金试样不同位置处的位移，并分析其测量结果。

实验步骤如下：首先将铝合金试样放置在试验台上，然后将电涡流传感器放置在试样表面，通过旋钮调节传感器与试样之间的距离，并选择合适的频率进行测量。

在测量过程中，需要将试样固定在试验台上，避免试样在测量过程中移动。

经过多次实验，我们得到了不同位置处的位移数据，并进行了分析。

实验结果表明，铝合金试样的位移与传感器与试样的距离、频率以及试样表面的形状等因素密切相关。

当传感器与试样的距离较小时，测量结果较为准确；而当频率较高时，测量结果的精度也会得到提高。

此外，试样表面的形状和光洁度也会对测量结果产生影响，因此在测量过程中需要注意保持试样表面的平整和清洁。

通过本次实验，我们不仅掌握了电涡流传感器的测量原理和使用方法，还深入了解了电涡流传感器在位移测量方面的应用。

同时，我们也发现了实验中存在的一些问题，例如在调节传感器与试样之间的距离时需要非常仔细，否则会影响测量结果的准确性。

因此，在使用电涡流传感器进行位移测量时，需要认真对待每一个细节，以确保测量结果的准确性和可靠性。

本次实验为我们提供了一次宝贵的机会，让我们更深入地了解了电涡流传感器的应用和工作原理，同时也让我们体验到了科学实验的乐趣和挑战。

我们相信，在今后的学习和工作中，这一经验将对我们产生重要的启示和帮助。

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。

实验报告实验课程：《传感器与检测技术》实验名称：电涡流式传感器实验一、实验目的：1、了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。

2、了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。

二、基本原理：1)电涡流传感器位移实验通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。

2)被测体材质对电涡流传感器特性影响: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、需用器件与单元：电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。

四、实验步骤及数据记录：电涡流传感器位移实验1．根据图2-1安装电涡流传感器。

2．观察传感器结构，这是一个平绕线圈。

3．将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件。

如图2-2所示。

图1-1 电涡流传感器安装示意图4．在测微头端部装上铁质、铝质、铜质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。

图1-2 电涡流传感器位移实验接线图5．将实验模板输出端V o与数显单元输入端V i相接。

数显表量程切换开关选择电压20V档。

用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有＋15V的插孔中。

6．使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。

将结果列入表2-1、表2-2和表2-3。

表2-1被测体为铁圆片时的位移与输出电压数据X（mm）1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 V(v) 0.0015 0.0052 0.0519 0.149 0.253 0.363 0.478 0.594 0.713 0.828 X（mm）3.5 3.7 3.9 4.1 4.3 4.5 4.7 4.9 5.1 5.3 V(v) 0.941 1.054 1.161 1.269 1.372 1.472 1.565 1.655 1.740 1.821表2-2 被测体为铝圆片时的位移与输出电压数据表2-3 被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据7．根据表2-1数据，画出V－X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3 mm及5mm时的灵敏度和线性度，根据表2-2和表2-3分别计算量程为1mm和3mm时的灵敏度和非线性误差（线性度）。

电涡流传感器实验实验目的1 掌握电涡流传感器的基本结构和工作原理。

2 通过实验了解不同材料对电涡流传感器特性的影响。

3 通过电涡流方法测量振幅、重量、电机转速，掌握电涡流传感器的实际应用技术。

4 掌握电涡流传感器的静态标定方法，通过实验进行电涡流传感器的静态标定。

实验原理电涡流传感器由平面线圈和金属片组成。

当线圈中通以高频交变电流后，与其平行的金属片上受感应而产生涡旋状电流，这种现象称为涡流效应。

产生的感应电流，又称为电涡流。

电涡流传感器正是基于这种涡流效应而工作的。

如图1所示，一个通有交变电流∙1I 的线圈，置于一块导电材料附近，由于交变电流的存在，在线圈周围就产生一个交变磁场∙1H ，导电材料内便产生电涡流∙2I ，电涡流∙2I 也将产生一个新磁场∙2H ，∙1H 与∙2H 方向相反，因而抵消部分原磁场∙1H ，从而导致线圈的等效阻抗发生变化。

可见，线圈与导体之间存在着磁的联系，若把导电材料看成一个具有内阻的线圈，则图1可用图2所示的等效电路表示。

1R 、2R 分别为线圈和导电材料的等效电阻，1L 、2L 分别为线圈和导电材料的等效电感。

M 为互感参数，表征线圈与导电材料之间磁联系强弱。

由图2可列出下列方程⎪⎩⎪⎨⎧=-+=-+∙∙∙∙∙∙∙1222221111I M j I L j I R UI M j I L j I R ωωωω （1） 解式(1)，可得线圈的等效阻抗Z图1 电涡流效应图 2 电涡流效应的等效电路L j R L R M L L j L R M R R IUZ ωωωωωω+=+-+++==∙∙][222222221222222221 （2） 前两项为等效电阻，第三项为等效电抗，第三项中括号内为等效电感。

线圈的品质因数Q 为222222221222222221][L R M R R L R M L L Q ωωωωω+++-=（3） 由上不难看出，金属导体的电阻率ρ、磁导率μ、线圈与金属导体之间的距离x 以及线圈激励电流的角频率ω等参数，都将通过电涡流效应与线圈等效阻抗发生联系。

一、实验目的本次实验旨在了解电涡流传感器的工作原理，掌握其位移特性的测量方法，并验证电涡流传感器在实际应用中的可靠性和准确性。

二、实验原理电涡流传感器是利用电磁感应原理进行测量的传感器。

当导电体（被测物体）接近电涡流传感器的线圈时，线圈中产生的交变磁场会在导电体中感应出涡流。

涡流的大小与导电体的材料、电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的间距有关。

通过测量涡流的大小，可以计算出导电体与线圈的间距，从而实现位移的测量。

三、实验仪器与材料1. 电涡流传感器2. 信号发生器3. 示波器4. 金属样品5. 螺旋测微仪6. 电压表四、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，设置合适的工作频率和幅度。

3. 使用螺旋测微仪测量金属样品与电涡流传感器线圈的距离。

4. 打开信号发生器，调节频率和幅度，使传感器产生稳定的涡流信号。

5. 使用示波器观察涡流信号的波形，记录不同距离下的信号幅度。

6. 将测得的距离和信号幅度数据填入表格，绘制V-X曲线。

7. 分析V-X曲线，确定传感器的线性范围和灵敏度。

五、实验结果与分析1. 通过实验，我们得到了电涡流传感器的V-X曲线。

从曲线可以看出，传感器的线性范围较宽，灵敏度较高。

2. 在线性范围内，传感器的输出电压与距离呈线性关系，满足实际应用的要求。

3. 通过对V-X曲线的分析，我们可以确定传感器的最佳工作频率和幅度。

六、实验结论1. 电涡流传感器是一种高精度、高灵敏度的位移测量传感器，在实际应用中具有广泛的应用前景。

2. 通过实验，我们掌握了电涡流传感器的工作原理和测量方法，为后续的实际应用奠定了基础。

七、实验注意事项1. 在实验过程中，应确保电涡流传感器与金属样品保持平行，避免因角度偏差导致测量误差。

2. 在调节信号发生器的工作频率和幅度时，应逐步进行，避免突然变化对实验结果的影响。

3. 在读取数据时，应注意记录准确，避免因记录错误导致分析结果不准确。

电涡流传感器实验电涡流传感器是一种基于涡流效应的非接触式的传感器技术，广泛应用于工业领域中的材料检测、缺陷检测、位移测量等方面，具有灵敏度高、稳定性好、响应速度快等优点。

本文将介绍电涡流传感器的实验原理、实验步骤和实验结果。

实验原理：电涡流原理是指在均匀磁场中，导体中会产生一个环状旋转的涡流，涡流的方向垂直于磁场的方向。

当涡流与磁场相互作用时，产生一个阻力，称为涡流阻力。

涡流阻力大小与导体的电导率、磁场频率和导体距离等因素有关。

电涡流传感器利用涡流阻力的变化来检测目标物体的性质和状态。

当目标物体在传感器附近运动或存在缺陷时，涡流阻力会发生变化，这种变化会被传感器检测到并产生相应的信号，从而实现对目标物体的检测和测量。

实验步骤：1.准备实验器材，包括电涡流传感器、信号发生器、数字示波器等。

2.连接器材，将信号发生器的输出端与电涡流传感器的输入端相连，将数字示波器的输入端与电涡流传感器的输出端相连。

3.调节信号发生器的输出频率和振幅，使其满足传感器的工作要求。

4.将目标物体逐渐接近传感器，并观察数字示波器上的信号波形。

如果目标物体存在缺陷或性质异常，信号波形将发生变化。

5.根据数字示波器的信号波形进行信号分析和处理，得出目标物体的状态和性质等信息。

实验结果：通过实验，我们成功地检测到了不同材料和存在缺陷的目标物体，并成功地获取了它们的性质和状态等信息。

实验结果表明，电涡流传感器是一种具有广泛应用前景的传感器技术，可以在材料检测、缺陷检测等领域发挥重要作用。

总结：本文介绍了电涡流传感器的工作原理、实验步骤和实验结果。

该实验具有较高的实用价值和研究意义，是电涡流传感器技术研究和应用的重要一步。

希望该实验可以对广大工程技术人员和学生提供有益的参考和借鉴。

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向地非接触、高线性度、高分辨力地丈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。

电涡流传感器能正确丈量被测体（一定是金属导体）与探头端面之间静态和动向的相对位移变化。

在高速旋起色械和来去式运动机械的状态分析，振动研究、剖析丈量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续正确地收集到转子振动状态的多种参数。

如轴的径向振动、振幅以及轴向地点。

从转子动力学、轴承学的理论上剖析，大型旋起色械的运动状态，主要取决于其中心—转轴，而电涡流传感器，能直接非接触丈量转轴的状态，对诸如转子的不均衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的初期判断，可供给重点的信息。

电涡流传感器以其长期工作靠谱性好、丈量范围宽、敏捷度高、分辨率高、响应速度快、抗扰乱力强、不受油污等介质的影响、构造简单等长处，在大型旋起色械状态的在线监测与故障诊疗中获得宽泛应用。

一、电涡流传感器的基来源理依据法拉第电磁感觉原理，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觉电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。

而依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经过延长电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。

当被测金属体凑近这一磁场，则在此金属表面产生感觉电流，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，因为其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位获得改变（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、电流频次以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数相关。

往常假设金属导体材质平均且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导系统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 和频次ω参数来描绘。

则线圈特色阻抗可用 Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω) 函数来表示。

电涡流式位移传感器实验报告电涡流式位移传感器实验报告引言：电涡流式位移传感器是一种常用的非接触式传感器，广泛应用于工业领域中的位移测量。

本实验旨在研究电涡流式位移传感器的工作原理、特性以及其在位移测量中的应用。

一、实验目的本实验的主要目的是探究电涡流式位移传感器的工作原理，并通过实验验证其在位移测量中的准确性和可靠性。

二、实验装置与方法实验所使用的装置包括电涡流式位移传感器、信号处理器、位移测量平台等。

实验步骤如下：1. 将电涡流式位移传感器固定在位移测量平台上。

2. 连接传感器与信号处理器，确保传感器与处理器之间的信号传输畅通。

3. 调整传感器与被测物体之间的距离，使其处于适当的工作范围内。

4. 通过信号处理器采集传感器输出的信号，并进行数据处理和分析。

三、实验结果与分析通过实验测量，我们得到了电涡流式位移传感器在不同位移下的输出信号，进而得到了位移与输出信号之间的关系曲线。

实验结果显示，电涡流式位移传感器具有以下特点：1. 高精度：传感器能够实现亚微米级的位移测量，具有较高的精度。

2. 非接触式测量：传感器与被测物体之间无需直接接触，减少了传感器的磨损和损坏的可能性。

3. 快速响应：传感器能够快速响应被测物体的位移变化，实时反馈测量结果。

4. 宽工作范围：传感器能够适应不同位移范围的测量需求。

四、实验误差分析在实验过程中，我们注意到了一些可能导致测量误差的因素，包括：1. 环境温度：环境温度的变化可能会对传感器的测量结果产生影响，因此在实际应用中需要进行温度补偿。

2. 电磁干扰：外部电磁场的存在可能会对传感器的信号传输和测量结果产生干扰，需要采取相应的屏蔽措施。

3. 传感器位置：传感器与被测物体之间的位置关系可能会对测量结果产生影响，需要进行准确定位。

五、实验应用与展望电涡流式位移传感器在工业领域中有广泛的应用前景。

它可以用于机械设备的位移测量、振动监测、材料疲劳分析等方面。

未来，随着科技的不断发展，电涡流式位移传感器有望进一步提高其精度和稳定性，扩大其应用范围。

电涡流传感器在振动测量上的应用
径向振动是振动测量中比较重要的一项指标，径向振动是指垂直于转轴中心线方向的振动。

使用电涡流传感器测量径向振动，可以由它看到轴承的工作状态，还可以看到转子的不平衡、不对中等机械故障，提供一些关键或基础机械状态监测所需要的信息，主要包括：1、工业透平，蒸汽/燃汽；2、压缩机，空气/特殊用途气体，径向/轴向；3、膨胀机；4、动力发电透平，蒸汽/燃汽/水利；5、电动马达、发电机；6、励磁机；7、齿轮箱；8、泵；
9、风扇、风机；10、往复式机械。

振动测量同样可以用于对一般性的小型机械进行连续监测。

可为如下各种机械故障的早期判别提供了重要信息：
1、轴的同步振动，油膜失稳；
2、转子摩擦，部件松动；
3、轴承套筒松动，压缩机踹振；
4、滚动部件轴承失效，径向预载，内部/外部包括不对中；
5、轴承巴氏合金磨损，轴承间隙过大，径向/轴向；
6、平衡（阻气）活塞磨损/失效，联轴器“锁死”；
7、轴弯曲，轴裂纹；
8、电动马达空气间隙不匀，齿轮咬合问题；
9、透平叶片通道共振，叶轮通过现象。

实验四传感器应用--振幅测量本实验包含两个部分：电涡流式传感器的振幅测量和霍尔传感器的应用－振幅测量。

实验4.1电涡流式传感器的振幅测量一、实验目的通过实验掌握用电涡流传感器测量振幅的原理和方法。

二、实验所需部件电涡流传感器、涡流变换器、直流稳压电源、电桥、差动放大器、示波器、激振器、低频振荡器。

图 1 接线图三、实验步骤1．按图1接线，根据实验三十二结果，将平面线圈安装在最佳工作点，直流稳压电源置±10V档，差动放大器在这里仅作为一个电平移动电路，增益置最小处（1倍）。

调节电桥WD，使系统输出为零。

2．接通激振器I，调节低频振荡器频率，使其在15~30Hz范围内变化，用示波器观察涡流变换器输出波形，记下VP-P 值，同时利用实验三十一的结果求出距离变化范围XP-P值。

3．可同时用双线示波器另一通道观察涡流变换器输入端的调幅波。

4．变化低频振荡器频率和幅值，提高振动圆盘振幅，用示波器可以看到变换器输出波形有失真现象，这说明电涡流式传感器的振幅测量范围是很小的。

四、注意事项直流稳压电源-10V和接地端接电桥直流调平衡电位器WD两端。

五、简述实验目的和原理，实验步骤，并按要求完成实验报告实验4.2霍尔传感器的应用－振幅测量一、实验目的了解霍尔传感器在振动测量中的应用。

二、所需单元及部件霍尔片、磁路系统、差动放大器、电桥、移相器、相敏检波器、低通滤波器、低频振荡器、激振器、综合振动台、音频振荡器、直流稳压电源、示波器。

三、实验步骤1.有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋至适中，音频振荡器频率1KHz，直流稳压电源打到±2V档。

2.差动放大器调零，按直流激励实验图接线，系统调零。

3.拆去测微头，检查好磁路系统，接通激振器，适当加大振幅。

4.用示波器观察差动放大器的输出波形。

5.按交流激励实验图接线，并按其方法调整好线路。

6.用示波器观察差动放大器和低通滤波器的输出波形。

四、注意事项1. 应仔细调整磁路部分，使传感器工作在梯度磁场中，否则是敏度将大大下降。

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