電渦流式傳感器

電渦流式傳感器

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　　利用電渦流效應將位移等非電被測參量轉換為線圈的電感或阻抗變化的變磁阻式傳感器。電渦流效應是指金屬導體置于交變磁場中會產生電渦流，且該電渦流所產生磁場的方向與原磁場方向相反的一種物理現象。電渦流傳感器的敏感元件是線圈，當給線圈通以交變電流并使它接近金屬導體時，線圈產生的磁場就會被導體電渦流產生的磁場部分抵消，使線圈的電感量、阻抗和品質因數發生變化。這種變化與導體的幾何尺寸、導電率、導磁率有關，也與線圈的幾何參量、電流的頻率和線圈到被測導體間的距離有關。如果使上述參量中的某一個變動,其余皆不變，就可制成各種用途的傳感器,能對表面為金屬導體的物體進行多種物理量的非接觸測量。這種傳感器的優點是結構簡單、頻率響應寬、靈敏度高、測量線性范圍大、抗干擾能力強、體積小等。它是一種很有發展前途的傳感器。電渦流式傳感器按用途可分為測量位移、接近度和厚度的傳感器；按結構可分為變間隙型、變面積型、螺管型和低頻透射型4類。?

　　變間隙型?　這種傳感器結構很簡單，主要元件是一個固定于傳感器端部的線圈。當被測導體與線圈之間的間隙發生變化時，就引起線圈電感、阻抗和品質因數變化，從而能在接到線圈上的測量電路內得到正比于間隙變化的電流或電壓變化。為改善性能可在線圈內加入磁芯。?

　　變面積型?　這種傳感器由繞在扁矩形框架上的線圈構成，它利用被測導體和傳感器線圈之間相對覆蓋面積的變化所引起的電渦流效應強弱的變化來測量位移。為補償間隙變化引起的誤差常使用兩個串接的線圈，置于被測物體的兩邊（圖1）。它的線性測量范圍比變間隙型的大，而且線性度較高。?
螺管型?　這種傳感器由螺管和插入螺管的短路套筒組成，套筒與被測物體相連。套筒沿軸向移動時，電渦流效應引起螺管阻抗變化。這種傳感器有較好的線性度，但是靈敏度較低，具有與螺管型電感式傳感器（見電感式傳感器）相似的特性，但沒有鐵損。?

　　低頻透射型?　它由分別位于被測金屬板材兩面的發射線圈和接收線圈組成（圖2?），適于測量金屬板材的厚度。發射線圈L1接到振蕩器上后所產生的磁力線穿過金屬板M,于是在接收線圈?L2兩端產生感應電壓u2。由于金屬板內產生電渦流使到達L2的磁力線減小。金屬板的厚度δ越大，透射的磁力線越少,因而u2也就越小。u2與δ之間呈指數變化關系：u2∝e-δ/h，式中h為磁力線的貫穿深度。貫穿深度取決于激勵頻率，為使貫穿深度大于板材厚度，要將頻率選得低些。頻率低還可改善線性度。激勵頻率一般選在500赫左右。?

　　應用?　電渦流式傳感器能實現非接觸式測量，而且是根據與被測導體的耦合程度來測量，因此可以通過靈活設計傳感器的構形和巧妙安排它與被測導體的布局來達到各種應用的目的。在測量位移方面，除可直接測量金屬零件的動態位移、汽輪機主軸的軸向竄動等位移量外，它還可測量如金屬材料的熱膨脹系數、鋼水液位、紗線張力、流體壓力、加速度等可變換成位移量的參量。在測量振動方面，它是測量汽輪機、空氣壓縮機轉軸的徑向振動和汽輪機葉片振幅的理想器件。還可以用多個傳感器并排安置在軸側，并通過多通道指示儀表輸出至記錄儀，以測量軸的振動形狀并繪出振型圖。在測量轉速方面，只要在旋轉體上加工或加裝一個有凹缺口的圓盤狀或齒輪狀的金屬體，并配以電渦流傳感器，就能準確地測出轉速。此外，利用導體的電阻率與溫度的關系，保持線圈與被測導體之間的距離及其他參量不變，就可以測量金屬材料的表面溫度，還能通過接觸氣體或液體的金屬導體來測量氣體或液體的溫度。電渦流測溫是非接觸式測量，適用于測低溫到常溫的范圍，且有不受金屬表面污物影響和測量快速等優點。保持傳感器與被測導體的距離不變，還可實現電渦流探傷。探測時如果遇到裂紋，導體電阻率和導磁率就發生變化，電渦流損耗，從而輸出電壓也相應改變。通過對這些信號的檢驗就可確定裂紋的存在和方位。電渦流傳感器還可用作接近度傳感器和厚度傳感器以及用于金屬零件計數、尺寸檢驗、粗糙度檢測和制作非接觸連續測量式硬度計。?