传感器课程设计电涡流位移传感器设计.docx

目录 摘要 电涡流位移传感器设计 一、设计要求 二、整体设计方案 三、电涡流传感器的大体原理 3-1 电涡流效应和传感器等效电路 3-2 电涡流形成的范围 四、传感器的结构形式 五、测量电路及分析 5-1 测量电路 5-2 电路各单元分解 六、实验数据及误差分析 参考文献 摘要 随着现代测量、 操纵盒自动化技术的进展， 传感器技术愈来 愈受到人们的重视。 专门是最近几年来， 由于科学技术的进展及 生态平稳的需要， 传感器在各个领域的作用也日趋显著。 传感器 技术的应用在许多个发达国家中， 已经取得普遍重视。 在工程中 所要测量的参数大多数为非电量， 促令人们用电测的方式来研究 非电量， 及研究用电测的方式测量非电量的仪器仪表， 研究如何 能正确和快速的非电量技术。 电涡流传感器已成为目前电测技术 中超级重要的检测手腕，普遍的应用于工程测量和科学实验中。 关键词 ：电涡流式传感器 传感器技术 电量非电量 电涡流位移传感器设计 一、设计技术要求 一、线性范围(mm)：1 二、分辨率(um)：1 3、线性误差： 《3% 4、利用温度范围： -15~+80 二、整体方案设计 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。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准 确测量被测体(必需是金属导体)与探头端面之间静态和动态的相对位移 转变。电涡流传感器以其长期工作靠得住性好、测量范围宽、灵敏度高、 分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的阻碍、结构简单 等优势。 依照下面的组成框图，组成传感器。 依照组成框图，具体说明各个组成部份的材料： (1)灵敏元件：传感器探头线圈是通过与被测导体之间的彼此作用，从而产生 被测信号的部份，它是由多股漆包铜线绕制的一个扁平线圈固定在框架上组成， 线圈框架的材料是聚四氟乙烯，其损耗小，电性能好，热膨胀系数小。 (2)传感元件: 前置器是一个能屏蔽外界干扰信号的金属盒子，测量电路完全 装在前置器中，并用环氧树脂灌封。 (3)测量电路：本电路拟采纳变频调幅式测量电路。 三、电涡流传感器的大体原理 3 ·一、电涡流效应和传感器等效电路 电涡流式传感器是利用电涡流效应， 将位移、 温度等非电量转化为阻抗的转 变(或电感的转变，或 Q 值的转变)从而进行非电量电测的。 依照法拉第电磁感应定律，当传感器探头线圈通以正弦交变电流i 时，线圈周围空间必 1 然产生正弦交变磁场H ，它使置于此磁场中的被测金属导体表面产生感应电流，即电涡流， 1 如图2-2中所示。与此同时，电涡流i 又产生新的交变磁场H ；H 与H 方向相反，并力图减弱 2 2 2 1 H ，从而致使探头线圈的等效电阻相应地发生转变。其转变程度取决于被测金属导体的电阻 1 率ρ， 磁导率μ，线圈与金属导体的距离x，和线圈鼓励电流的频率f等参数。 若是只改变上 述参数中的一个，而其余参数维持不变，那么阻抗Z就成为那个转变参数的单值函数，从而 确信该参数的大小。 电涡流传感器的工作原理，如图2-2所示： 为了便于分析， 把被测金属导体上形成的电涡流等效成一个短路环中的电流， 如此就能 够够取得如图2-3所示的等效电路。 图中R1，L1为传感器探头线圈的电阻和电感， 短路环能够以为是一匝短线路圈， 其中R2， L2为被测导体的电阻和电感。探头线圈和导体之间存在一个互感M，它随线圈与导体间距离 的减小而增大。 U1为鼓励电压， 依照基尔霍夫电压平稳方程式， 上图等效电路的平稳方程式 如下： 经求解方程组，可得I1和I2表达式： 由此可得传感器线圈的等效阻抗为: 从而取得探头线圈等效电阻和电感。 通过式(2-4)的方程式可见：涡流的阻碍使得线圈阻抗的实部等效电阻增加，而虚部 等效电感减小， 从而使线圈阻抗发生了转变， 这种转变称为反射阻抗作用。 因此电涡流传感 器的工作原理， 实质上是由于受到交变磁场阻碍的导体中产生的电涡流起到调剂线圈原先阻 抗的作用。 因此，通过上述方程组的推导，可将探头线圈的等效阻抗Z表示成如下一个简单的函数 关系： 其中， x为检测距离； μ为被测体磁导率； ρ为被测体电阻率； f为线圈中鼓励电流频率。 因此，当改变该函数中某一个量，而固定其他量时，就能够够通过测量等效阻抗Z的转 变来确信该参数的转变。在目前的测量电路中，有通过测量ΔL或ΔZ等来测量x , ρ, μ,f 的转变的电路。 3 ·2 电涡流形成的范围 见资料 四、传感器的结构形式 电涡流传感器结构很简单， 主若是由一个固定在框架上的扁平线圈组成。 线 圈