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电涡流传感器的工作原理

来源:技术部 浏览次数: 日期:2014年6月27日 09:56

    电涡流传感器的系统工作机理是电涡流效应。当接通传感器系统电源时,在前置器内会产生一个高频电流信号,该信号通过电缆送到探头的头部,在头部周围产生交变磁场H1,见图1-1。如果在磁场H1的范围内没有金属导体材料接近,则发射出去的交变磁场的能量会全部释放;反之,如果有金属导体材料靠近探头头部,则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场,该电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2。由于H2的反作用,就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位,即改变了线圈的有效阻抗。这种变化既与电涡流效应有关,又与静磁学有关,即与金属导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈几何参数、激励电流频率以及线圈到金属导体的距离参数有关。假定金属导体是均质的,其性能是线性和各向同性的,则线圈─金属导体系统的物理性质通常可由金属导体的磁导率μ、电导率σ、尺寸因子r、线圈与金属导体的距离δ,线圈激励电流强度I和频率ω等参数来描述。因此线圈的阻抗可用函数Z=F(μ,σ,r,δ,I,ω)来表示。
    如果控制μ,σ,r,I,ω恒定不变,那么阻抗Z就成为距离δ的单值函数,由麦克斯韦尔公式可以求得此函数为一非线性函数,其曲线为“S”形曲线,在一定范围内可以近似为一线性函数。
    在实际应用中,通常是将线圈密封在探头中,线圈阻抗的变化通过封装在前置器中的电子线路处理转换成电压或电流输出。这个电子线路并不是直接测量线圈的阻抗,而是采用并联諧振法,见图1-2,即在前置器中将一个固定电容和探头线圈LX并联并与晶体管T一起构成一个振荡器,振荡器的振幅UX与线圈阻抗成正比,因此振荡器的振幅UX会随探头与被测间距δ的改变而改变。UX经检波、滤波、放大、非线性修正后输出电压UO,UO与δ的关系曲线如图1-3所示,可以看出该曲线呈"S”形,即在线性区中点δO处(对应输出电压UO)线性最好,其斜率(即灵敏度)较大,在线性区两端,斜率(即灵敏度)逐渐下降,线性变差。(δ1, U1)为线性起点,δ2, U2)为线性末点。

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该资讯的关键词为:电涡流传感器