傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(已修改)
2025-07-25 21:18 本頁面
【正文】 實(shí)驗(yàn)四 電渦流傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆姕u流傳感器測量位移的工作原理和特性。了解不同的被測體材料對電渦流傳感器性能的影響。了解電渦流傳感器位移特性與被測體的形狀和尺寸有關(guān)。二、基本原理：電渦流式傳感器是一種建立在渦流效應(yīng)原理上的傳感器。電渦流式傳感器由傳感器線圈和被測物體（導(dǎo)電體—金屬渦流片）組成，如圖41所示。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)傳感器線圈（一個(gè)扁平線圈）通以交變電流（頻率較高，一般為1MHz～2MHz）I1時(shí)，線圈周圍空間會產(chǎn)生交變磁場H1，當(dāng)線圈平面靠近某一導(dǎo)體面時(shí)，由于線圈磁通鏈穿過導(dǎo)體，使導(dǎo)體的表面層感應(yīng)出呈旋渦狀自行閉合的電流I2，而I2所形成的磁通鏈又穿過傳感器線圈，這樣線圈與渦流“線圈”形成了有一定耦合的互感，最終原線圈反饋一等效電感，從而導(dǎo)致傳感器線圈的阻抗Z發(fā)生變化。我們可以把被測導(dǎo)體上形成的電渦等效成一個(gè)短路環(huán)，這樣就可得到如圖42的等效電路。圖中RL1為傳感器線圈的電阻和電感。短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線圈，其電阻為R電感為L2。線圈與導(dǎo)體間存在一個(gè)互感M，它隨線圈與導(dǎo)體間距的減小而增大。 圖41 電渦流傳感器原理圖 圖42 電渦流傳感器等效電路圖根據(jù)等效電路可列出電路方程組：通過解方程組，可得II2。因此傳感器線圈的復(fù)阻抗為： 線圈的等效電感為：線圈的等效Q值為：Q＝Q0{[1(Ｌ2ω2Ｍ2)/(Ｌ1Ｚ22)]／［1+(R2ω2Ｍ2)/( R1Ｚ22)］} 式中：Q0 — 無渦流影響下線圈的Ｑ值，Q0＝ωＬ1／R1； Ｚ22— 金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生電渦流部分的阻抗，Ｚ22＝R22+ω2L22。由式Z、L和式Ｑ可以看出，線圈與金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的阻抗Z、電感L和品質(zhì)因數(shù)Ｑ值都是該系統(tǒng)互感系數(shù)平方的函數(shù)，而從麥克斯韋互感系數(shù)的基本公式出發(fā)，可得互感系數(shù)是線圈與金屬導(dǎo)體間距離x(H)的非線性函數(shù)。因此Z、L、Ｑ均是ｘ的非線性函數(shù)。雖然它整個(gè)函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為S型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。其實(shí)Z、L、Ｑ的
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