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1、華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)2.渦流式渦流式原理:渦電流效應(yīng)原理:渦電流效應(yīng)渦流式傳感器是利用渦電流效應(yīng)進(jìn)行工作的。由 于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、頻響范圍寬、不受油污等介 質(zhì)的影響，并能進(jìn)行非接觸測(cè)量，適用范圍廣。渦流式傳感器是利用渦電流效應(yīng)進(jìn)行工作的。由 于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、頻響范圍寬、不受油污等介 質(zhì)的影響，并能進(jìn)行非接觸測(cè)量，適用范圍廣。渦電流渦電流：金屬塊放在變化 的磁場(chǎng)中，穿過金屬塊的 磁通量發(fā)生變化時(shí)，金屬 塊內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電 流，該電流在金屬塊內(nèi)部 形成閉合回路，就像旋渦 一樣，故稱為渦電流。：金屬塊放在變化 的磁場(chǎng)中，穿過金屬塊的 磁通量發(fā)生變化時(shí)，

2、金屬 塊內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電 流，該電流在金屬塊內(nèi)部 形成閉合回路，就像旋渦 一樣，故稱為渦電流。電感式傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)通常把電渦流傳感器按激磁電源頻率高低分為兩 大類：通常把電渦流傳感器按激磁電源頻率高低分為兩 大類：高頻反射式電渦流傳感器高頻反射式電渦流傳感器和低頻透射式電渦流 傳感器，和低頻透射式電渦流 傳感器，前者用于非接觸式位移變量的檢測(cè)前者用于非接觸式位移變量的檢測(cè)，后者僅 用于金屬板厚度的測(cè)量。，后者僅 用于金屬板厚度的測(cè)量。（1）高頻反射式（1）高頻反射式原理圖原理圖根據(jù)楞次定律，渦電流 的交變磁場(chǎng) 根據(jù)楞次定律，渦電流 的交變磁場(chǎng)

3、1 1 與線圈的磁 場(chǎng) 與線圈的磁 場(chǎng) 變化方向相反，變化方向相反，1 1 總 是抵抗 總 是抵抗 的變化。由于渦 流磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)磁材料的作用以及氣隙對(duì)磁路的影響，便原 線圈的等效阻抗 的變化。由于渦 流磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)磁材料的作用以及氣隙對(duì)磁路的影響，便原 線圈的等效阻抗 Z 發(fā)生變 化，變化程度與距離 發(fā)生變 化，變化程度與距離 有關(guān)。有關(guān)。電感式傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)分析表明，影響高頻線圈阻抗分析表明，影響高頻線圈阻抗Z Z 的因素，除了線圈與金屬板間距離的因素，除了線圈與金屬板間距離 以外，還有金屬板的電阻率以外，還有金屬板的電阻率，磁導(dǎo)率，磁導(dǎo)率以及線圈激

4、磁圓頻率以及線圈激磁圓頻率等。當(dāng)改變其中某一因素時(shí)，即可達(dá)到不同的變換目的。例如，變化 等。當(dāng)改變其中某一因素時(shí)，即可達(dá)到不同的變換目的。例如，變化 ，可作為位移、振動(dòng)測(cè)量；變化，可作為位移、振動(dòng)測(cè)量；變化 或或值，可作為材質(zhì) 鑒別或探傷等。值，可作為材質(zhì) 鑒別或探傷等。電感式傳感器集膚效應(yīng)（趨膚效應(yīng)）集膚效應(yīng)（趨膚效應(yīng)）華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)高頻反射式電渦流傳感器測(cè)量電路高頻反射式電渦流傳感器測(cè)量電路根據(jù)電渦流效應(yīng)原理和等效電路,電渦流傳感器輸出的測(cè)量電路有以下 兩種形式。根據(jù)電渦流效應(yīng)原理和等效電路,電渦流傳感器輸出的測(cè)量電路有以下 兩種形式。阻抗分壓式調(diào)

5、幅電路 阻抗分壓式調(diào)幅電路電感式傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)調(diào)頻電路調(diào)頻電路012fLC 12()fLL C 金屬板與傳感 器之間的距離金屬板與傳感 器之間的距離LL 電感式傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)（2）低頻透射式電渦流傳感器）低頻透射式電渦流傳感器電感式傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)電渦流傳感器電渦流傳感器可用于動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量，測(cè)量范圍視傳 感器結(jié)構(gòu)、線圈匝數(shù)和勵(lì)磁頻率而定，一般從可用于動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量，測(cè)量范圍視傳 感器結(jié)構(gòu)、線圈匝數(shù)和勵(lì)磁頻率而定，一般從(110)mm，最高分辨力可達(dá)，最

6、高分辨力可達(dá)0.1 m。此外，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、不受油污等介質(zhì)的影響等此外，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、不受油污等介質(zhì)的影響等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。因此，近 年來渦流式位移和振動(dòng)測(cè)量?jī)x、測(cè)厚儀和無損檢測(cè)探 傷儀等在機(jī)械、冶金等部門中日益得到廣泛應(yīng)用，在 徑向振擺、回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)誤差、轉(zhuǎn)速和厚度測(cè)量，以及 在零件計(jì)數(shù)、表面裂紋和缺陷測(cè)量中都有應(yīng)用。因此，近 年來渦流式位移和振動(dòng)測(cè)量?jī)x、測(cè)厚儀和無損檢測(cè)探 傷儀等在機(jī)械、冶金等部門中日益得到廣泛應(yīng)用，在 徑向振擺、回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)誤差、轉(zhuǎn)速和厚度測(cè)量，以及 在零件計(jì)數(shù)、表面裂紋和缺陷測(cè)量中都有應(yīng)用。電感式傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)

7、電感式傳感器圖圖4.12華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)電渦流傳感器應(yīng)用實(shí)例電渦流傳感器應(yīng)用實(shí)例電感式傳感器案例案例1：華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)電渦流傳感器產(chǎn)品電渦流傳感器產(chǎn)品電感式傳感器案例案例2：金屬表面探傷：金屬表面探傷華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)案例案例3：連續(xù)輸油管的橢圓度測(cè)量連續(xù)輸油管的橢圓度測(cè)量Coiled TubeEddy SensorReference Circle電感式傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)案例案例4：無損探傷無損探傷原理原理：裂紋檢測(cè)，缺陷造成渦流變

8、化。：裂紋檢測(cè)，缺陷造成渦流變化?；疖囕啓z測(cè)火車輪檢測(cè)電感式傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)案例案例5：無損探傷無損探傷油管 檢測(cè)油管 檢測(cè)電感式傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)4.4.2 互感式傳感器互感式傳感器差動(dòng)變壓器式電感傳感器差動(dòng)變壓器式電感傳感器112=dMeidt M比例系數(shù)，稱為互感（H）比例系數(shù)，稱為互感（H）工作原理:互感現(xiàn)象工作原理:互感現(xiàn)象如圖所示如圖所示 當(dāng)線圈當(dāng)線圈W1 輸入交流電流 輸入交流電流 i1 時(shí)，線圈時(shí)，線圈W2 產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì) 產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì) e12，其大小與電流變化率，其大小與電流變化率 i1成

9、正比，即成正比，即電感式傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)互感型互感型差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器012=eee 輸出電壓：輸出電壓：Ew鐵 心鐵 心e1e2e0WW1W2x鐵 心鐵 心電感式傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)差動(dòng)變壓器的輸出電壓是交流量，其幅值與鐵心位移成正比，輸出值如用差動(dòng)變壓器的輸出電壓是交流量，其幅值與鐵心位移成正比，輸出值如用交流電表交流電表指示，只能反映鐵心位移的大小，指示，只能反映鐵心位移的大小，不反映移動(dòng)的方向性不反映移動(dòng)的方向性。其次，。其次，交流電壓輸出存在一定的零點(diǎn)殘余電壓交流電壓輸出存在一定的零點(diǎn)殘余電壓。

10、它是由于兩個(gè)二次側(cè)線圈結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，以及一次側(cè)線圈銅損電阻、鐵磁質(zhì)材料不均勻、線圈間分布電 容等原因形成。所以，即使鐵心處于中間位置時(shí)，輸 出也不為零。為此，差動(dòng)變壓器式傳感器的后接電路 形式，需要采用既能反映鐵心位移方向性，又能補(bǔ)償 零點(diǎn)殘余電壓的。它是由于兩個(gè)二次側(cè)線圈結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，以及一次側(cè)線圈銅損電阻、鐵磁質(zhì)材料不均勻、線圈間分布電 容等原因形成。所以，即使鐵心處于中間位置時(shí)，輸 出也不為零。為此，差動(dòng)變壓器式傳感器的后接電路 形式，需要采用既能反映鐵心位移方向性，又能補(bǔ)償 零點(diǎn)殘余電壓的差動(dòng)直流輸出電路差動(dòng)直流輸出電路。電感式傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)

11、差動(dòng)相敏測(cè)量電路原理差動(dòng)相敏測(cè)量電路原理上圖是一種用于小位移測(cè)量的差動(dòng)相敏檢波電路 工作原理圖。上圖是一種用于小位移測(cè)量的差動(dòng)相敏檢波電路 工作原理圖。在沒有輸入信號(hào)時(shí)，讓鐵心處于中間位 置，調(diào)節(jié)電阻在沒有輸入信號(hào)時(shí)，讓鐵心處于中間位 置，調(diào)節(jié)電阻R，使零點(diǎn)殘余電壓減小，使零點(diǎn)殘余電壓減小；當(dāng)有輸入信 號(hào)時(shí)，鐵心移上或移下，其輸出電壓經(jīng)交流放大、相 敏檢波、濾波后得到直流輸出，由表頭指示輸入位移 量大小和方向。；當(dāng)有輸入信 號(hào)時(shí)，鐵心移上或移下，其輸出電壓經(jīng)交流放大、相 敏檢波、濾波后得到直流輸出，由表頭指示輸入位移 量大小和方向。電感式傳感器放大器相敏檢波振蕩器xR華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科

12、技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù) 差動(dòng)變壓器式電感傳感器具有精確度高(最高分辨 力可達(dá)差動(dòng)變壓器式電感傳感器具有精確度高(最高分辨 力可達(dá)0.1 m)、線性范圍大(可擴(kuò)展到)、線性范圍大(可擴(kuò)展到100mm)、穩(wěn)定性好和使用方便的)、穩(wěn)定性好和使用方便的特點(diǎn)特點(diǎn)，被廣泛用于直線位移 測(cè)定。但其實(shí)際測(cè)量頻率上限受到傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu) 的限制。，被廣泛用于直線位移 測(cè)定。但其實(shí)際測(cè)量頻率上限受到傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu) 的限制。借助于彈性元件可以將壓力、重量等物理量轉(zhuǎn)換為 位移的變化，故也將這類傳感器用于壓力、重量等 物理量的測(cè)量。借助于彈性元件可以將壓力、重量等物理量轉(zhuǎn)換為 位移的變化，故也將這類傳感器用于壓力、重量等 物理量的測(cè)量。應(yīng)用：應(yīng)用：厚度，角度，表面粗糙度；拉伸，壓縮，垂直度；壓力，流量，液位；張力，重力，負(fù)荷量；扭矩，應(yīng)力，動(dòng)力；氣壓，溫度；振動(dòng)，速度，加速度，等。厚度，角度，表面粗糙度；拉伸，壓縮，垂直度；壓力，流量，液位；張力，重力，負(fù)荷量；扭矩，應(yīng)力，動(dòng)力；氣壓，溫度；振動(dòng)，速度，加速度，等。電感式傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)差動(dòng)變壓器位移傳感器差動(dòng)變壓器位移傳感器電感式傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)案例案例1：板的厚度測(cè)量板的厚度測(cè)量案例案例2：張力測(cè)量張力測(cè)量End電感式傳感器