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电涡流式传感器工作原理与结构

2014-04-01 sensor 696

电涡流传感器的工作原理

电涡流传感器是利用通电线圈与金属导体之间的涡流互感效应进行距离检测的一种传感器,常用于金属位移的无损检测,对于测量以位移为基本量电涡流传感器又称为电涡流位移传感器,电涡流传感器的工作原理,实质上是由于受到交变磁场作用的导体中产生的电涡流引起线圈原来阻抗变化的结果。

电涡流传感器工作原理与结构

当导体置于交变磁场或在磁场中运动时,导体上引起感生电流ie,此电流在导体内闭合,称为涡流。涡流大小与导体电阻率ρ、磁导率μr;以及产生交变磁场的线圈与被测体之间距离x,线圈激励电流的频率f有关。显然当导体置于交变磁场或在磁场中运动时,导体上引起感生电流ie,此电流在导体内闭合,称为涡流。涡流大小与导体电阻率ρ、磁导率μ以及产生交变磁场的线圈与被测体之间距离x,线圈激励电流的频率f有关。显然磁场变化频率愈高,涡流的集肤效应愈显著。即涡流穿透深度愈小,其穿透深度h可表示 

ρ—导体电阻率(Ω·cm);μr—导体相对磁导率; f—交变磁场频率(Hz)。

可见,涡流穿透深度h和激励电流频率f有关,所以涡流传感器根据激励频率:高频反射式或低频透射式两类。

电涡流传感器的结构

电涡流传感器主要由一个安置在框架上的扁平圆形线圈构成。此线圈可以粘贴于框架上,或在框架上开一条槽沟,将导线绕在槽内。下图为CZF1型涡流传感器的结构原理,它采取将导线绕在聚四氟乙烯框架窄槽内,形成线圈的结构方式。由上图的电涡流式传感器结构图可以看到。

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。

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