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涡流传感器简介 涡流传感器的工作原理

供稿:中国工控网 2016/8/10 13:28:33

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  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。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,它是一种非接触的线性化计量工具。

  

    目前涡流传感器主要用于研究测定高速旋转的机械和往复式运动的机械的运动轨迹数据,以及振动等的研究。涡流传感器在分析测量中,特别是对非接触的高精度振动、位移信号,能连续准确地采集到振动、转动等轨迹运动的多种参数。

  

    涡流传感器已应用于零转速测量;涡轮增压器转速测量;金属材料的长度、宽度、高度、厚度、圆度等尺寸的测量;位移;变形;振动等的测量工作中。

  涡流传感器具有高分辨率和高采样率;可自行调整零位、增益和线性;可选择延长电缆、温度补偿;可测铁磁和非铁磁所有金属材料;多传感器同步功能;不受潮湿、灰尘的影响,对环境要求低的特点。

  

    涡流传感器的工作原理

  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(与金属是否块状无关,且切割不变化的磁场时无涡流),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。于此,通过前置器电子线路的处理,将线圈阻抗Z的变化,即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化,电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。


审核编辑(王金鹏)
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