机械工程实验教学中心
开放性实验报告实验项目：电涡流传感器综合测试实验
学生汪万兴
学号8
专业班级机自1103
指导教师洁老师
完成时间2015.03.06
目录1 实验说明2
1.1 实验目的2
1.1.1 实验原理2
1.1.2 专业知识3
1.1.3 实践能力3
1.2实验要求3
1.3 实验设备4
1.3.1 实验场所4
1.3.2 实验仪器4
2 实验过程4
2.1实验台介绍4
2.1.2 电路原理5
2.2 实验容与步骤6
2.2.1 电涡流动传感器的位移特性实验6
2.2.3实验结果处理8
3 总结9
1 实验说明
1.1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。
3．了解电涡流传感器在实际应用中其位移特性与被测体的形状和尺寸有关。1.1.1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，金属体产生电流，该电流在金属体自行闭合，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，从而改变激磁线圈阻抗，涡流传感器就是基于这种涡流效应制成的。
电涡流传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈以高频交变电流后，在与其平行的金属片上会感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关，当平面线圈、被测体(涡流片)、激励源确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离X有关，将阻抗变化转为电压信号V输出，则输出电压是距离X的单值函数。
1.1.2专业知识
（1）电涡流动传感器的位移特性实验基本原理
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。
（2）被测体材质对电涡流传感器特性影响实验基本原理
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。
（3）被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验基本原理
本综合性实验原理的电涡流传感器在实际应用中，由于被测体的形状，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。
1.1.3实践能力
进一步提高本科生的实践能力。
1.2实验要求
（1）在实验前务必详细阅读实验指南。
（2）严禁用酒精、有机溶剂或其它具有腐蚀性溶液擦洗主机箱的面板和实验模板面板。
（3）请勿将主机箱的电源、信号源输出端与地（⊥）短接，因短接时间长易造
成电路故障。
（4）请勿将主机箱的±电源引入实验模板时接错。
（5）在更换接线时，应断开电源，只有在确保接线无误后方可接通电源。
（6）实验完毕后，请将传感器及实验模板放回原处。
（7）如果实验台长期未通电使用，在实验前先通电十分钟预热，再检查按一次漏电保护按钮是否有效。
（8）实验接线时，要握住手柄插拔实验线，不能拉扯实验线。
1.3 实验设备
1.3.1 实验场所
致知303教室
1.3.2 实验仪器
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、铜和铝的被测体圆盘、直流源、电涡流传感器、测微头、电涡流传感器实验模板、不同形状铝被测体二个、数显单元。
2 实验过程
2.1实验台介绍
2.1.1实验台的组成
CSY－2000系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。
（1）主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V－±10V（步进可调）、＋2V －＋24V（连续可调）直流稳压电源；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（连续可调）；气压源0－20KPa（可调）；温度（转速）智能调节仪；计算机通信口；主机箱面板上装有电压、频率转速、气压、计时器数显表；漏电保护开关等。其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载切断保护功能，在排除接线错误后重新开机恢复正常工作。
（2）振动源：振动台振动频率1Hz－30Hz可调（谐振频率9Hz左右）。
转动源：手动控制0－2400转／分；自动控制300－2400转／分。
温度源：常温－180℃。
（3）传感器：基本型有电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式位移传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器（光电断续器）、集成温度(AD590)传感器、K型热电偶、E型热电偶、Pt100铂电阻、Cu50铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器共十八个。
增强型：基本型基础上可选配扭矩传感器、超声位移传感器、PSD位置传感器、CCD电荷耦合器件、光栅位移传感器、红外热释电传感器、红外夜视传感器、指纹传感器等。
（4）实验模板：基本型有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相／相敏检波／低通滤波共十块模板。增强型增加与选配传感器配套的实验模板。
（5）数据采集卡及处理软件，另附。
（6）实验台：尺寸为1600×800×750mm，实验台桌上预留了计算机及示波器安放位置。
2.1.2 电路原理
实验模板电路原理已印刷在模板的面板上，实验接线图参见文中的具体实验容。2.1.3 使用方法
（1）开机前将电压表显示选择旋钮打到2V档；电流表显示选择旋钮打到200mA 档；步进可调直流稳压电源旋钮打到±2V档；其余旋钮都打到中间位置。
（2）将AC 220V电源线插头插入市电插座中，合上电源开关，数显表显示0000，表示实验台已接通电源。
（3）做每个实验前应先阅读实验指南，每个实验均应在断开电源的状态下按实验线路接好连接线（实验中用到可调直流电源时，应在该电源调到实验值后再接到实验线路中），检查无误后方可接通电源。
（4）合上调节仪（温度开关）电源开关，调节仪的PV显示测量值；SV显示设定值。
（5）合上气源开关，气泵有声响，说明气泵工作正常。
（6）数据采集卡及处理软件使用方法另附说明。
2.1.4仪器维护及故障排除
（1）维护
1）防止硬物撞击、划伤实验台面；防止传感器及实验模板跌落地面。
2）实验完毕要将传感器、配件、实验模板及连线全部整理好。
（2）故障排除
1）开机后数显表都无显示，应查AC 220V电源有否接通；主机箱侧面AC 220V 插座中的保险丝是否烧断。如都正常，则更换主机箱中主机电源。
2）转动源不工作，则手动输入＋12V电压，如不工作，更换转动源；如工作正常，应查调节仪设置是否准确；控制输出Vo有无电压，如无电压，更换主机箱中的转速控制板。
3）振动源不工作，检查主机箱面板上的低频振荡器有无输出，如无输出，更换信号板；如有输出，更换振动源的振荡线圈。
4）温度源不工作，检查温度源电源开关有否打开；温度源的保险丝是否烧断；调节仪设置是否准确。如都正常，则更换温度源。
2.2 实验容与步骤
2.2.1 电涡流动传感器的位移特性实验
（1）基本原理
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。
（2）实验步骤：
1）根据图21-1安装电涡流传感器。
图21-1电涡流传感器安装示意图
图21－2电涡流传感器位移实验接线图
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。
4）在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。
5）将实验模板输出端Vo与数显单元输入端V
相接。数显表量程切换开关选择电
i
压20V档。
6）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。
7）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21-1
表21-1电涡流传感器位移X与输出电压数据
X（mm）0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
V(v) 00.76 1.13 1.73 2.00 2.26 2.52 2.75 3.00 3.44
X(mm) 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2
V(v) 3.64 3.84 4.03 4.2 4.36 4.51 4.66
2.2.2被测体材质对电涡流传感器特性影响实验
（1）基本原理
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。
（2）实验步骤
1）传感器安装与实验1相同。
2）将原铁圆片换成铝和铜圆片。
3）重复实验1步骤，进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试，分别记入表21-2和表21-3。
表21-2被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据
X（mm）0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
V(v) 1.26 1.27 1.49 1.95 2.45 3.18 3.65 4.11 4.49 4.88
X（mm） 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8
V(v) 5.25 5.57 5.87 6.30 6.40
表21-3被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据
X（mm）0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
V(v) 0.9 1.18 1.63 2.07 2.51 2.97 3.37 3.83 4.23 4.60
X(mm) 2.0 2.2 2.4 2.6
V(v) 4.96 5.28 5.58 5.87
2.2.3实验结果处理
电涡流传感器在距离较小时线性度较差，只有在距离大到一定程度时，传感器才有较好的线性度。
（1）被测体为铁圆片时
（2）被测体为童圆片时
（3）被测体为铝圆片时
3 总结
实验总结：
1.在实验之前，得有明确的思路，基础数据必须得整理好，为后面的实验很好地展示打下良好的基础。
2.必须对电涡流传感器有一定的了解和实验操作能力，这样能够更快更顺利的实现想要的效果。
3.在实验过程中，应该多与同学老师交流，有时候在交流过程中能够激发自己的灵感，有的技术问题也可以共同探索。
提升了学生学习的主动性和积极性，经过一段时间的练习后取得了一定的成果。
4.通过开放实验室，推动了实验室的建设，使实验室的建设和管理水平得到了提升。在实验室的管理制度建设方面，进一步完善了实验室的规章制度、实验员的岗位职责、实验室的学生守则等，加强了制度的宣传、执行与检查。
5.培养了学生动手测绘，自主学习的能力，加强了其对检测的认识与理解。根据教学大纲开设了与课程紧密相结合的项目，培养了其动手实验的能力及自主学习的能力，加强了学生的认识与理解，对其今后的学习及实践有很大的帮助。