自动检测技术及应用第四章电涡流传感器

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。

第四章电涡流传感器思考题与习题答案1. 单项选择题1）欲测量镀层厚度，电涡流线圈的激励源频率约为___D___。

而用于测量小位移的螺线管式自感传感器以及差动变压器线圈的激励源频率通常约为___B___。

A. 50~100HzB. 1~10kHzC.10~50kHzD. 50kHz~1MHz2）可以利用电涡流接近开关原理检测出___C___的靠近程度。

A. 人体B. 水C. 黑色金属零件D. 塑料零件3）电涡流探头的外壳用___B___制作。

A.不锈钢B.塑料C.黄铜D.玻璃4）当电涡流线圈靠近非磁性导体（铜）板材后，线圈的等效电感L___C___，调频转换电路的输出频率f___B___。

A. 不变B. 增大C. 减小5）欲探测埋藏在地下的金银财宝，应选择直径为___D___左右的电涡流探头。

欲测量油管表面和细小裂纹，应选择直径为___B___左右的探头。

A. 0.1mmB. 5mmC. 50mmD. 500mm6）用下图的电涡流方法测量齿数Z=60的齿轮的转速，测得f=400Hz，则该齿轮的转速n等于___A___r/min。

A. 400B. 3600C. 24000D. 60两种测量转速的方法a）电感b）磁电式（电磁感应式）1－被测旋转体（钢质齿轮）2－导磁铁心3－绕组4－永久磁铁5－汽车发动机曲轴转子z－齿数T－传感器输出脉冲的周期2. 用一电涡流式测振仪测量某机器主轴的轴向窜动，已知传感器的灵敏度为25mV/mm。

最大线性范围（优于2.5%）为5mm。

现将传感器安装在主轴的右侧，如图a 所示。

使用计算机记录仪记录下的振动波形如图b所示。

问：电涡流式测振仪测量示意图1）轴向振动a m sin t的振幅a m为____A____。

A. 1.6mmB. 3.2mmC. 8.0mmD. 4.0mm2）主轴振动的基频f是____A____Hz。

A. 50B. 100C. 40D. 204）为了得到较好的线性度与最大的测量范围，传感器与被测金属的静态安装距离l为____B____mm为佳。

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！。

实验四电涡流传感器实验一、实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性，了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。

二、实验仪器电涡流传感器、铁圆盘、铜圆盘、两个不同尺寸的铝盘，电涡流变换器、测微头、数显直流电压表；三、实验原理通过高频电流的线圈产生磁场（高频电流产生电路可参照图4-1），当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，从而使线圈两端电压发生变化。

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。

图 4-1电涡流变换器原理图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。

在实际应用中，由于被测体的材料、形状和大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分，会减弱甚至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标定。

四、实验内容与步骤（1）位移特性实验1．按图4-2 安装电涡流传感器。

图4-2 电涡流传感器安装示意图2．在测微头端部固定上铁质金属圆盘，作为电涡流传感器的被测体。

调节测微头，使铁质金属圆盘的平面贴到电涡流传感器的探测端，固定测微头,涡流传感器连接线接至相应的电涡流插座中。

3．按图4-3，将底面板上电涡流传感器连接到涡流变换器上标有“”的两端，涡流变换器输出端接直流数显电压表。

电压表量程切换开关选择20V 档。

图4-3 电涡流传感器接线图4．打开实验台直流电源开关，记下直流电压表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。

将结果列入下表4-1。

（2）被测体材质、面积大小对电涡流传感器的特性影响实验1．将电涡流传感器安装到传感器固定架上。

2．重复电涡流位移特性实验的步骤，将铁质金属圆盘分别换成铜质金属圆盘和铝质金属圆盘。

金属圆盘紧贴电涡流传感器探头时，输出电压铁<铜<铝。

将实验资料分别记入下面表4-2、表4-3。

表4-2 铜质材料3．重复电涡流位移特性实验的步骤，将被测体换成比体积较小的铝质被测体，将实验数据记入下表4-4。

《自动检测与转换技术》 本书学习特点：(1) 理清理论和应用之间的关系（题型：选择20个，填充15个，判断5个，简答30分，计算5题30分）熟悉以前的考卷，难度和风格基本和以前考卷相似。

着重理论基础，应用也离不开基础，精力要放在基本知识点，应用实例不要花太多时间。

(2) 重要的知识点要背，否则将无法做简答题，重要的知识点会在考卷中反复出现，可能是简答，也可能是选择。

(3) 力争把计算题拿满分(30分)题型和以前不会有太大变化，所用公式基本相同，但所求量和已知量会有所不同。

第一章 检测技术的基本概念 ——1个计算题、1个简答题以及基本概念知识点1、测量的方法 P5 ①按手段分：直接测量、间接测量； ②按是否随时间变化分：静态测量(缓慢变化) 、动态测量(快速变化)；③按显示方式分 模拟测量、数字测量 (07.04填)偏位式测量——如：弹簧秤P6 测量的具体手段 零位式测量——如：天平、用平衡式电桥来测量电阻值均属零位式测量 微差式测量——如：核辐射钢板测厚仪知识点2、测量误差 P8 （计算题一定有）(1) 绝对误差 △＝A x －A 0 A x 为测量值 A 0为真值(2) 相对误差 a 、实际相对误差 γA ＝△/A 0×100%b 、示值相对误差 γx ＝△/A x ×100%c 、满度相对误差 γm ＝△/A m ×100% A m 为量程 A m ＝A max －A min用于判断仪表准确度等级精确度 s ＝│△m /A m │×100P8 * 我国模拟仪表有7种等级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0级，其他等级是没有的 P9 例1-1 例1-2 看懂又例：有三台仪表，量程为0～600℃，精度等级2.5级、2.0级、1.5级（仅作例题，实际无2.0级仪表）现需测量500℃左右温度，要求其相对误差不超过2.5%，应选哪只仪表合理？ (07.04计) 解：实际允许误差 △＝500×2.5%＝12. 5℃ 2.5级仪表最大误差 △1＝600×2.5%＝15℃ 2.0级仪表最大误差 △2＝600×2.0%＝12℃ 1.5级仪表最大误差 △3＝600×1.5%＝9℃ 选用2.0级仪表较为合理又例：有一仪表测量范围为0～500℃，重新校验时，发现其最大绝对误差为6℃，问这只仪表可定几级？ (07.04选) (07.04计)解：γm ＝△/A m ×100%＝6/500×100%＝1.2% 该仪表应定为1.5级* P9 (选/判)选用仪表时应兼顾精度等级和量程，通常希望示值落在仪表满度值的2/3以上，选仪表量程为实际值的1.5倍。

电涡流传感器的应用及其原理一、电涡流传感器的定义和工作原理电涡流传感器（Eddy Current Sensor）是一种利用电涡流效应来测量物体的位置、形状和金属导电性质的传感器。

它主要由一个射频发生器、一个发射线圈、一个接收线圈和一个信号处理器组成。

其工作原理是：当射频发生器发出高频电流时，经过发射线圈产生一个交变磁场。

当位置传感对象靠近或远离线圈时，它的电气特性会改变。

这种变化会引起感应电流的变化，进而改变接收线圈中的感应电压。

通过测量感应电压的变化，可以确定物体的位置和形状。

二、电涡流传感器的应用领域1. 无损检测由于电涡流传感器可以检测导体的导电性质和缺陷，因此在无损检测领域有着广泛的应用。

特别是在航空航天、汽车制造和金属加工等行业中，电涡流传感器可以用于检测金属表面的裂纹、孔洞和磨损等缺陷，用于保证产品质量和安全性。

2. 位置测量电涡流传感器可以在工业生产中用于测量物体的位置和运动状态。

例如，在机械加工中，可以使用电涡流传感器来监测机床上刀具的位置和运动轨迹，以确保加工的精度和效率。

3. 锁定和控制系统电涡流传感器还可以用于锁定和控制系统中。

例如，在磁浮列车和高速列车中，电涡流传感器可以用于测量列车与轨道之间的距离和速度，以实现自动控制和安全运行。

4. 材料分析电涡流传感器可以帮助研究人员分析材料的导电性质和组成。

在材料科学和工程学中，电涡流传感器可以用来测量材料的电导率、磁导率和电磁参数等信息，以评估材料的性能和质量。

三、电涡流传感器的优势和局限性1. 优势•非接触测量：由于电涡流传感器不需要与目标物体直接接触，因此可以避免物体表面的损伤和污染。

•高灵敏度：电涡流传感器可以检测微小的变化，对于需要高精度和精确测量的应用非常适用。

•快速响应：电涡流传感器的应答时间非常短，可以实时监测物体的状态变化。

2. 局限性•受金属材料影响：电涡流传感器主要用于检测金属导体，对于非金属导体的测量效果较差。

第1章检测技术的基本概念1.电工实验中,采用平衡电桥测量电阻的阻值,是属于零位式测量,而用水银温度计测量水温的微小变化,是属于偏位式测量。

2. 某采购员分别在三家商店购买100kg 大米,10kg 苹果,1kg巧克力,发现均缺少0.5kg ,但该采购员对卖巧克力的商店意见最大,在这个例子中,产生此心理作用的主要因素是示值相对误差。

3.在选购线性仪表时,必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。

这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的1.5倍左右为宜。

4. 用万用表交流电压档(频率上限为5kHz测量100kHz 、10V左右的高频电压,发现示值不到2V ,该误差属于粗大误差。

用该表直流电压档测量5号干电池电压,发现每次示值均为1.8V,该误差属于系统误差。

5.重要场合使用的元器件或仪表,购入后需进行高、低温循环老化试验,其目的是为了提早发现故障,提高可靠性。

6. 各举出两个日常生活中的非电量电测的例子来说明静态测量:用电子天平称出物体的重量;用水银温度计测量水温;动态测量:地震测量振动波形;心电图测量跳动波形;直接测量:用电子卡尺测量物体的高度;间接测量:曹聪称象;接触式测量:用体温计测体温;非接触式测量:雷达测速;在线测量:在流水线上,边加工,边检验,可提高产品的一致性和加工精度;离线测量:产品质量检验;7. 有一温度计,它的测量范围为0~200℃,准确度等级为0.5级,求:(1该表可能出现的最大绝对误差。

(2当示值分别为20℃、100℃时的示值相对误差。

解:(1由表1-1所示,温度计的准确度等级对应最大满度相对误差,即由满度相对误差的定义,可得最大绝对误差为:∆m =(±0.5%A m =±(0.5%×200℃=±1℃(2当示值分别为20℃和100℃时,示值相对误差为:%5%100201%10011±=⨯±=⨯∆=x m x A γ %1%1001001%10022±=⨯±=⨯∆=x m x A γ 8. 欲测240V左右的电压,要求测量示值相对误差不大于0.6%,问:若选用量程为250V电压表,其准确度应选模拟仪表中常用的哪一个等级?若选用量程为300V 和500V的电压表,其准确度又应分别选哪一级?解:(240×0.6%/250=0.576%,下近0.5级,应选择0.5级。

绪论1、自动检测系统原理图系统框图：用于表示一个系统各部分和各环节之间的关系，用来描述系统的输入输出、中间处理等基本功能和执行逻辑过程的概念模式。

自动检测系统的组成：传感器、信号调理电路、显示器，数据处理装置、执行机构组成。

（这里会出填空题）2、传感器：只一个能将被测的非电量变换成电量的器件。

3、自动磨削测控系统原理说明：传感器快速检测出工件的直径参数，计算机一方面对直径参数做一系列的运算、比较、判断等操作，然后将有关参数送到显示器显示出来，另一方面发出控制信号，控制研磨盘的径向位移，指导工件加工到规定要求为止。

第一章检测技术的基本概念1、测量：借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的实践过程。

2、测量方法的分类：静态测量、动态测量直接测量、间接测量接触式测量、非接触式测量偏位式测量，零位式测量，微差式测量3、测量误差的表示方法：绝对误差和相对误差（示值相对误差、引用误差）4、测量误差的分类：粗大误差、系统误差、随机误差、静态误差、动态误差。

5、传感器的组成：由敏感元件、传感元件、测量转换电路组成、6、测量转换电路的作用：将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。

7、传感器的静态特征：灵敏度：指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比。

分辨力：指传感器能检测出被测信号的最小变化量。

非线性度：线性度又称非线性误差，指传感器实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程范围内的输出之百分比。

迟滞误差：传感器的正向特性与反向特性的不一致程度。

稳定性、电磁兼容性、可靠性第二章电阻传感器1、应变效应：导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形、其电阻值也将随着发生变化。

2、压阻效应：单晶硅材料在受到应力作用后，电阻率发生明显变化。

3、投入式液位计的工作原理：压阻式压力传感器安装在不锈钢壳体内，，并用不锈钢支架固定放置在液体底部。

传感器的高压侧的进气孔与液体相通，可读出安装高度处的表压力。