电涡流位移传感器的原理..

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工作道理：电涡流传感器能静态和动态地非接触.高线性度.高分辩力地测量被测金属导体距探头概况距离.它是一种非接触的线性化计量对象.电涡传播感器能精确测量被测体(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更.在高速扭起色械和来去式运念头械状况剖析,振动研讨.剖析测量中,对非接触的高精度振动.位移旌旗灯号,能持续精确地收集到转子振动状况的多种参数.如轴的径向振动.振幅以及轴向地位.电涡传播感器以其长期工作靠得住性好.测量规模宽.敏锐度高.分辩率高级长处,在大型扭起色械状况的在线监测与故障诊断中得到普遍运用.从转子动力学.轴承学的理论上剖析,大型扭起色械的活动状况,重要取决于其焦点—转轴,而电涡传播感器,能直接非接触测量转轴的状况,对诸如转子的不服衡.不合错误中.轴承磨损.轴裂纹及产生摩擦等机械问题的早期剖断,可供给症结的信息.依据法拉第电磁感应道理,块状金属导体置于变更的磁场中或在磁场中作切割磁力线活动时,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畅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.当被测金属体接近这一磁场,则在此金属概况产生感应电流,与此同时该电涡流场也产生一个偏向与头部线圈偏向相反的交变磁场,因为其反感化,使头部线圈高频电流的幅度和相位得到转变(线圈的有用阻抗),这一变更与金属体磁导率.电导率.线圈的几何外形.几何尺寸.电流频率以及头部线圈到金属导体概况的距离等参数有关.平日假定金属导体材质平均且机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概况的距离D.电流强度I和频率ω参数来描写.则线圈特点阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来暗示.平日我们能做到掌握τ, ξ, б, I, ω这几个参数在必定规模内不变,则线圈的特点阻抗Z就成为距离D的单值函数,固然它全部函数是一非线性的,其函数特点为“S”型曲线,但可以拔取它近似为线性的一段.于此,经由过程前置器电子线路的处理,将线圈阻抗Z的变更,即头部体线圈与金属导体的距离D的变更转化成电压或电流的变更.输出旌旗灯号的大小随探头到被测体概况之间的间距而变更,电涡传播感器就是依据这一道理实现对金属物体的位移.振动等参数的测量.其工作进程是：当被测金属与探头之间的距离产生变更时,探头中线圈的Q值也产生变更,Q值的变更引起振荡电压幅度的变更,而这个随距离变更的振荡电压经由检波.滤波.线性抵偿.放大归一处理转化成电压(电流)变更,最终完成机械位移(间隙)转换成电压(电流).由上所述,电涡传播感器工作体系中被测体可看作传感器体系的一半,即一个电涡流位移传感器的机能与被测体有关.按照电涡流在导体内的贯串情形,此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类,但从根本工作道理上来说仍是类似的.电涡流式传感器最大的特色是能对位移.厚度.概况温度.速度. 应力.材料毁伤等进行非接触式持续测量,别的还具有体积小,敏锐度高,频率响应宽等特色,运用极其普遍.典范运用：电涡传播感器体系普遍运用于电力.石油.化工.冶金等行业和一些科研单位.对汽轮机.水轮机.鼓风机.紧缩机.空分机.齿轮箱.大型冷却泵等大型扭起色械轴的径向振动.轴向位移.键相器.轴转速.胀差.偏幸.以及转子动力学研讨和零件尺寸磨练等进行在线测量和呵护. 轴向位移测量对于很多扭起色械,包含蒸汽轮机.燃汽轮机.水轮机.离心式和轴流式紧缩机.离心泵等,轴向位移是一个十分重要的旌旗灯号,过大的轴向位移将会引起过大的机构破坏.轴向位移的测量,可以指导扭转部件与固定部件之间的轴向间隙或相对瞬时的位移变更,用以防止机械的破坏.轴向位移是指机械内部转子沿轴心偏向,相对于止推轴承二者之间的间隙而言.有些机械故障,也可经由过程轴向位移的探测,进行判别：止推轴承的磨损与掉效均衡活塞的磨损与掉效止推法兰的松动联轴节的锁住等.轴向位移(轴向间隙)的测量,经常与轴向振动弄混.轴向振动是指传感器探头概况与被测体,沿轴向之间距离的快速变动,这是一种轴的振动,用峰峰值暗示.它与平均间隙无关.有些故障可以导致轴向振动.例如紧缩机的踹振和不合错误中等于.振动测量测量径向振动,可以由它看到轴承的工作状况,还可以看到转子的不服衡,不合错误中等机械故障.可以供给对于下列症结或基本机械进行机械状况监测所须要的信息：·工业透平,蒸汽/燃汽·紧缩机,空气/特别用处气体,径向/轴向·电动马达·发电机·励磁机·齿轮箱·泵·电扇·鼓风机·来去式机械振动测量同样可以用于对一般性的小型机械进行持续监测.可为如下各类机械故障的早期判别供给了重要信息.胀差测量对于汽轮发电机组来说,在其启动和停机时,因为金属材料的不合,热膨胀系数的不合,以及散热的不合,轴的热膨胀可能超出壳体膨胀;有可能导致透平机的扭转部件和静止部件(如机壳.喷嘴.台座等)的互相接触,导致机械的破坏.是以胀差的测量是异常重要的.转速测量对于所有扭起色械而言,都须要监测扭起色械轴的转速,转速是权衡机械正常运转的一个重要指标.而电涡传播感器测量转速的优胜性是其它任何传感器测量没法比的,它既能响应零转速,也能响应高转速,抗干扰机能也异常强.转速测量对于所有扭起色械而言,都须要监测扭起色械轴的转速,转速是权衡机械正常运转的一个重要指标.而电涡传播感器测量转速的优胜性是其它任何传感器测量没法比的,它既能响应零转速,也能响应高转速,抗干扰机能也异常强.电涡传播感器测转速,平日选用φ3mm.φ4mm.φ5mm.φ8mm.φ10mm 的探头.转速测量频响为0～10KHZ. 电涡传播感器测转速,传感器输出的旌旗灯号幅值较高(在低速和高速全部规模内)抗干扰才能强. 无源磁电式传感器是针对测齿轮而设计的发电型传感器(无源),不合适测零转速和较低转速,因低频时,幅值旌旗灯号小,抗干扰才能差,它不须要供电. 有源磁电式传感器采取了+24V 供电,输出波形为矩形波,具有负载驱动才能,合适测量 0.03HZ以上转速旌旗灯号.装配请求：1.轴的径向振动测量当须要测量轴的径向振动时,请求轴的直径大于探头直径的三倍以上.每个测点应同时装配两个传感器探头,两个探头应分离装配在轴承双方的统一平面上相隔90o±5o.因为轴承盖一般是程度朋分的,是以平日将两个探头分离装配在垂直中间线每一侧45o,从原念头端看,分离界说为X探头（程度偏向）和Y探头（垂直偏向）,X偏向在垂直中间线的右侧,Y偏向在垂直中间线的左侧.轴的径向振动测量时探头的装配地位应当尽量接近轴承,如图所示,不然因为轴的挠度,得到的值会有误差.轴的径向振动探头装配地位与轴承的最大距离.轴的径向振动测量时探头的装配：测量轴承直径最大距离0~76mm 25mm76~510mm 76mm大于520mm 160mm探头中间线应与轴心线正交,探头监测的概况（正对探头中间线的双方1.5倍探头直径宽度的轴的全部圆周面,如图）应无裂缝或其它任何不持续的概况现象（如键槽.凸凹不服.油孔等）,且在这个规模内不克不及有喷镀金属或电镀,其概况的粗糟度应在0.4 um至0.8um之间.2.轴的轴向位移测量测量轴的轴向位移时,测量面应当与轴是一个整体,这个测量面是以探头的中间线为中间,宽度为 1.5倍的探头圆环.探头装配距离距止推法兰盘不该超出305mm,不然测量成果不但包含轴向位移的变更,并且包含胀差在内的变更,如许测量的不是轴的真实位移值.3.键相测量键相测量就是经由过程在被测轴上设置一个凹槽或凸键,称键相标识表记标帜.当这个凹槽或凸键转到探头地位时,相当于探头与被测面间距突变,传感器会产生一个脉冲旌旗灯号,轴每转一圈,就会产生一个脉冲旌旗灯号,产生的时刻标清楚明了轴在每转周期中的地位.是以经由过程对脉冲计数,可以测量轴的转速;经由过程将脉冲与轴的振动旌旗灯号比较,可以肯定振动的相位角,用于轴的动均衡剖析以及装备的故障剖析与诊断等方面.凹槽或凸键要足够大,以使产生的脉冲旌旗灯号峰峰值不小于5V.一般若采取φ5.φ8探头,则这一凹槽或凸键宽度应大于7.6mm.深度或高度应大于1.5mm（推举采取2.5mm以上）.长度应大于0.2mm.凹槽或凸键应平行于轴中间线,其长度尽量长,以防当轴产生轴向窜动时,探头还能对着凹槽或凸键.为了防止因为轴相位移引起的探头与被测面之间的间隙变更过大,应将键相探头装配在轴的径向,而不是轴向的地位.应尽可能地将键相探头装配在机组的驱动部分上,如许即使机组的驱动部分与载荷离开,传感器仍会有键信任号输出.当机组具有不合的转速时平日须要有多套键相传感器探头对其进行监测,从而可认为机组的各部分供给有用的键信任号.键相标识表记标帜可所以凹槽,也可所以凸键,如图所示,尺度请求用凹槽的情势.当标识表记标帜是凹槽时,装配探头要对着轴的完全部分调剂初始装配间隙（装配在传感器的线性中点为宜）,而不是对着凹槽来调剂初始装配间隙.而当标识表记标帜是凸键时探头必定要对着凸起的顶部概况调剂初始装配间隙（装配在传感器的线性中点为宜）,不是对着轴的其它完全概况进行调剂.不然当轴迁移转变时,可能会造成凸键与探头碰撞,剪断探头.被测体对电涡传播感器特点的影响：1.被测体材料对传感器的影响传感器特点与被测体的电导率б.磁导率ξ有关,当被测体为导磁材料（如通俗钢.构造钢等）时,因为涡流效应和磁效应同时消失,磁效应反感化于涡流效应,使得涡流效应削弱,即传感器的敏锐度降低.而当被测体为弱导磁材料（如铜,铝,合金钢等）时,因为磁效应弱,相对来说涡流效应要强,是以传感器感应敏锐度要高.2.被测体概况平整度对传感器的影响不规矩的被测体概况,会给现实的测量带来附加误差,是以对被测体概况应当平整滑腻,不该消失凸起.洞眼.刻痕.凹槽等缺点.一般请求,对于振动测量的被测概况光滑度请求在0.4um～0.8um之间;对于位移测量被测概况光滑度请求在0.4um～1.6um 之间.3.被测体概况磁效应对传感器的影响电涡流效应重要分散在被测体概况,假如因为加工进程中形成残磁效应,以及淬火不平均.硬度不平均.金相组织不平均.结晶构造不平均等都邑影响传感器特点.在进行振动测量时,假如被测体概况残磁效应过大,会消失测量波形产生畸变.4.被测体概况镀层对传感器的影响被测体概况的镀层对传感器的影响相当于转变了被测体材料,视其镀层的材质.厚薄,传感器的敏锐度会略有变更.5.被测体概况尺寸对传感器的影响因为探头线圈产生的磁场规模是必定的,而被测体概况形成的涡流场也是必定的.如许就对被测体概况大小有必定请求.平日,当被测体概况为平面时,以正对探头中间线的点为中间,被测面直径应大于探头头部直径的1.5倍以上;当被测体为圆轴且探头中间线与轴心线正交时,一般请求被测轴直径为探头头部直径的3倍以上,不然传感器的敏锐度会降低,被测体概况越小,敏锐度降低越多.试验测试,当被测体概况大小与探头头部直径雷同,其敏锐度会降低到72%阁下.被测体的厚度也会影响测量成果.被测体中电涡流场感化的深度由频率.材料导电率.导磁率决议.是以假如被测体太薄,将会造成电涡流感化不敷,使传感器敏锐度降低,一般请求厚度大于0.1mm以上的钢等导磁材料及厚度大于0.05mm以上的铜.铝等弱导磁材料,则敏锐度不会受其厚度的影响.设计总结：经由过程进修这门课程让我学到了以前没接触过的器械.让我熟悉到了传感器在我们生涯中的一些现实运用,没有传感器级没有现代科学技巧,更没有人类现代化的生涯情形和前提.但是要研制出更好的电涡流位移传感器还要做很多.和进修很多相干常识.这不但仅是为进修电涡传播感器做预备更是给我们本身充电.。

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、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（频率较高，一般为1MHz～2MHz）I1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。

图中R1、L1为传感器线图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：Q＝Q0{[1-(Ｌ2ω2Ｍ2)/(Ｌ1Ｚ22)]／［1+(R2ω2Ｍ2)/(R1Ｚ22)］}式中：Q0 —无涡流影响下线圈的Ｑ值，Q0＝ωＬ1／R1；Ｚ22—金属导体中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。

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。

电涡流位移传感器的工作原理：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。

通常我们能做到控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，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。

实验电涡流传感器位移特性实验一、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17.1.1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（频率较高，一般为1MHz～2MHz）I1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17.1.2的等效电路。

图中R1、L1为传感器线图17.1.1 电涡流传感器原理图图17.1.2 电涡流传感器等效电路图圈的电阻和电感。

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：Q ＝Q 0{[1-(Ｌ2ω2Ｍ2)/(Ｌ1Ｚ22)]／［1+(R 2ω2Ｍ2)/( R 1Ｚ22)］}式中：Q 0 — 无涡流影响下线圈的Ｑ值，Q 0＝ωＬ1／R 1； Ｚ22— 金属导体中产生电涡流部分的阻抗，Ｚ22＝R 22+ω2L 22。

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。

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。

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。

电涡流传感器的工作原理电涡流效应是指当导体表面有交流电流通过时，由于导体阻抗的存在，电流在导体表面产生一个循环环流，形成的环流称为电涡流。

电涡流在导体内部进行有规律的分布，而在导体周围形成一个被电磁感应律推动的磁场。

这个磁场的存在对导体的电流传输造成了阻碍，从而影响了电流传输的路径和强度。

传感器通过感应电涡流的形成来获取被测物体表面的参数信息。

一般情况下，传感器内部激励电流的频率为数十kHz至数百kHz的范围，这样可以保证电涡流的产生和传感器的响应速度。

传感器内部的线圈发出的交流电磁场与被测物体表面的电涡流相互作用，感应到的电磁场的幅度和相位的改变将传输到传感器的接收线圈中，通过激励和接收电路的处理，得到与被测参数相关的信号。

根据传感器的结构和应用方式的不同，电涡流传感器可以分为线圈式电涡流传感器和红外测温式电涡流传感器。

线圈式电涡流传感器是常见的一种类型，它由激励线圈和接收线圈组成。

激励线圈产生高频电磁场，接收线圈感应电涡流形成的磁场。

通过测量接收线圈中的信号来计算物体表面的参数。

红外测温式电涡流传感器利用红外线来感应电涡流的产生。

红外线可以穿透一定深度的物体表面，以非接触方式感应电涡流的特征。

在红外测温式电涡流传感器中，红外线被发射器发出，经过被测物体表面后，再由接收器接收。

通过计算红外线接收的强度和幅度的变化来推断物体表面的参数。

总之，电涡流传感器利用电涡流效应来测量物体表面的参数。

通过激励电流产生电涡流，并感应电涡流产生的磁场来获取与被测参数相关的信息。

不同类型的电涡流传感器根据实际应用需求和测量对象的不同而有所区别，但其本质是利用电涡流的作用来实现测量。

实验十九电涡流传感器的位移特性实验一、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、实验仪器电涡流传感器、铁圆盘、电涡流传感器模块、测微头、直流稳压电源、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，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。

四、实验内容与步骤1．按图 2- 1 安装电涡流传感器。

图 2- 1 传感器安装示意图2．在测微头端部装上铁质金属圆盘，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。

图 2-2 电涡流传感器接线示意图3．传感器连接按图 2-2，实验模块输出端 Uo 与直流电压表输入端 U i 相接。

直流电压表量程切换开关选择电压 20V 档，模块电源用 2 号导线从实验台上接入+15V 电源。

4．合上实验台上电源开关，记下数显表读数，然后每隔 0.1mm 读一个数，直到输出几乎不变为止。

将结果列入表 2- 1。

表 2-1 铁质被测体X (mm) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 U O (V)0.020.210.370.530.670.830.991.141.301.46X (mm)1.11.2 1.31.4 1.5 1.61.7 1.8 1.92.0 U O (V)1.621.801.972.152.322.492.682.863.053.23X (mm)2.12.22.32.4 2.5 2.62.72.82.93.0 U O (V)3.433.623.823.843.843.843.843.843.843.845.根据上表数据，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(即曲线线性段的中点) ，试计算测量范围为 1mm 与 3mm 时的灵敏度和线性度4.5 4 3.5 32.5系列12 1.5 1 0.5 00 0.5 1 1.5 2 2.5 3y = 1.6852x - 0.1647R 2 = 0.99761.5 2 4.5 4 3.5 32.5 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 00.5 2.51(1)由上图可得系统灵敏度： S= ΔV/ΔW=1.6825V/mm(2)由上图可得非线性误差：当 x=1mm 时:Y=1.6825×1-0.1647=1.5178VΔm =Y- 1.46=0.0578VyFS=2.32Vδf = Δm /yFS × 100%=2.49%当 x=3mm 时:Y=1.6825×3-0.1647=4.4828VΔm =Y-3.84=1.0428VyFS=3.84Vδf = Δm /yFS × 100%=27.15%五、思考题1、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？答：量程与线性度、灵敏度、初始值均有关系。

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。