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知识中心涡流位移传感器书籍 电涡流位移传感器原理
2020-10-22 09:43:37
来源：朵拉利品网
1, 电涡流位移传感器原理
探头、（延伸电缆）、前置器以及被测体构成基本工作系统。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。如果在这一交变磁场的有效范围内没有金属材料靠近，则这一磁场能量会全部损失；当有被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，电磁学上称之为电涡流。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。
2, 电涡流位移传感器的介绍
eddyNCDT电涡流传感器探头电涡流测量原理是一种非接触式测量原理。这种类型的传感器特别适合测量快速的位移变化，且无需在被测物体上施加外力。而非接触测量对于被测表面不允许接触的情况，或者需要传感器有超长寿命的应用领用意义重大。严格来讲，电涡流测量原理应该属于一种电感式测量原理。电涡流效应源自振荡电路的能量。而电涡流需要在可导电的材料内才可以形成。给传感器探头内线圈提供一个交变电流，可以在传感器线圈周围形成一个磁场。如果将一个导体放入这个磁场，根据法拉第电磁感应定律，导体内会激发出电涡流。根据楞兹定律，电涡流的磁场方向与线圈磁场正好相反，而这将改变探头内线圈的阻抗值。而这个阻抗值的变化与线圈到被测物体之间的距离直接相关。传感器探头连接到控制器后，控制器可以从传感器探头内获得电压值的变化量，并以此为依据，计算出对应的距离值。电涡流测量原理可以运用于所有导电材料。由于电涡流可以穿透绝缘体，即使表面覆盖有绝缘体的金属材料，也可以作为电涡流传感器的被测物体。独特的圈式绕组设计在实现传感器外形极致紧凑的同时，可以满足其运转于高温测量环境的要求。所有德国米铱的电涡流传感器都可以承受有灰尘，潮湿，油污和压力的测量环境。尽管如此，电涡流传感器的使用也有一些限制。举例来讲，对于不同的应用，都需要做相应的线性度校准。而且，传感器探头的输出信号也会受被测物体的电气和机械性能影响。然而，正是这些使用过程中的限制，使米铱公司的电涡流传感器拥有达到纳米级别的分辨率。目前，德国米铱电涡流传感器可以满足100um到100mm的测量量程。根据量程的不同，安装空间也可以达到2mm到140mm的范围。离开位移传感器的机械工程几乎是很难想象的。这些位移传感器被用来控制不同的运动，监控液位，检查产品质量以及其他很多应用。这里我们谈谈传感器都可能面对哪些不同的情况以及恶劣的使用环境，以及如何客服不利因素。传感器经常被应用于非常恶劣的环境，例如油污，热蒸汽或者剧烈波动的温度。一些传感器还要在振动部件上使用，在强电磁场内或者需要离开被测物体一定的距离使用。对一些重要的应用，还需要对精度，温度稳定性，分辨率和截止频率提出要求。针对这些限制，不同的测量原理各有优劣。这也意味着没有统一的优化测量原理的方法。电涡流传感器又可以细分为屏蔽和非屏蔽两种。使用屏蔽传感器，可以产生更窄的电磁场分布，而且传感器不会受放射性金属的靠近影响。对于非屏蔽传感器，电磁线从传感器侧面发射出来。而量程往往会大一些。正确的安装对于信号质量至关重要。附近的其他物体也会影响信号。eddyNCDT产品系列可以在满足纳米级分辨率的同时，实现最大截止频率达到25kHz。 电涡流传感器的一个典型应用是全自动焊接测试机。测试机用于焊缝质量控制。这里选用电涡流传感器的原因是，只有电涡流原理的传感器能够承受由焊接机器人带来的强大电磁场。测量还要满足微米级别的精度以及4mm的量程。
4, 电涡流位移传感器有什么品牌可以推荐？
德国米铱的电涡流传感器应用比较广，技术有优势，非常适合科研院所使用。可用于水下测量。新闻联播还报道过一个LAMOST郭守敬天文望远镜的项目，核心部件也采用米铱的电涡流传感器，用于调节镜面形态。Kaman有一定的品牌效应，应用在金属涡轮叶片转速、汽轮机零测转速、涡轮增压器测转速领域，但线性一般，热稳定性一般本特利代理做的，电厂用的比较多。价格便宜，性能一般Waycon也是做电涡流位移传感器的，号称是德国产的，具体没用过。
名词解释
涡流
涡流（Eddy Current，又称为傅科电流[1]）现象，在1851年被法国物理学家莱昂·傅科所发现。是由于一个移动的磁场与金属导体相交，或是由移动的金属导体与磁场垂直交会所产生。简而言之，就是电磁感应效应所造成。这个动作产生了一个在导体内循环的电流。 磁场变化越快，感应电动势就越大，涡流就越强；涡流能使导体发热。在磁场发生变化的装置中，往往把导体分成一组相互绝缘的薄片或一束细条，以降低涡流强度，从而减少能量的损耗；但在需要产生高温时，又可以利用涡流取得热量，如高频电炉原理。 当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的另一个线圈中会产生感应电流。实际上这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流。 如果用图表示这样的感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以我们把它叫做涡电流引。 涡流可以应用在，无损检测与监看多种金属制品的结构，如飞机机身与零件的表面及近表面的检测等。 在划桨的时候，带起水面的局部漩涡，也是一种类似涡流的情形。
传感器
传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。
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