花了几年时间才彻底搞懂电涡流式传感器

电涡流式传感器的工作原理

根据初中学的法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，称之为电涡流或涡流，这种现象称为涡流效应。

　　

电涡流传感器是利用电涡流效应，将位移、温度等非电量转换为阻抗的变化或电感的变化从而进行非电量电测的。

　　

目前生产的变间隙位移传感器，器量程范围为300m～800mm。

　

　

将块状金属导体置于通有交变电流的传感器线圈磁场中。根据法拉第电磁感应原理，由于电流的变化，在线圈周围就产生一个交变磁场，当被测导体置于该磁场范围之内，被测导体内便产生电涡流，电涡流也将产生一个新磁场，和方向相反，抵消部分原磁场，从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因素发生变化。

电涡流式传感器的结构

　　

电涡流式传感器结构比较简单，主要由一个安置在探头壳体的扁平圆形线圈构成。

电涡流式传感器的测量电路

　　

利用电涡流式变换元件进行测量时，为了得到较强的电涡流效应，通常激磁线圈工作在较高频率下，所以信号转换电路主要有调幅电路和调频电路两种。

调幅式(AM)电路 

调频式(FM)电路 

调频式电路(100kHz～1MHz)结构如图所示：

　　

　　

当电涡流线圈与被测体的距离x改变时，电涡流线圈的电感量L也随之改变，引起LC振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。

　　

如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将△?转换为电压U0。

电涡流式传感器的应用电路

　　

电涡流式传感器具有测量范围大、灵敏度高、结构简单、抗干扰能力强和可以非接触测量等优点，被广泛应用于工业生产和科学研究各个领域中。

电磁炉 

　　

电磁炉是我们日常生活中必备的家用电器之一，涡流传感器是其核心器件之一，高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场;在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食物。

电涡流探雷器 

电涡流式接近开关 

　　

接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离(几毫米至几十毫米)内检测有无物体靠近。

　　

当物体接近到设定距离时，就可发出“动作”信号。接近开关的核心部分是“感辨头”，它对正在接近的物体有很高的感辨能力。这种接近开关只能检测金属。

电涡流接近开关实物如下图：

电涡流接近开关的接线方式如下图所示：

电涡流接近开关的接线方式：

　　

低频透射式涡流传感器多用于测定材料厚度。发射线圈W1和接收线圈W2分别放在被测材料G的上下，低频电压e1加到线圈W1的两端后，在周围空间产生一交变磁场，并在被测材料G中产生涡流i，此涡流损耗了部分能量，使贯穿W2的磁力线减少，从而使W2产生的感应电势e2减小。

e2的大小与G的厚度及材料性质有关，实验证明，e2随材料厚度h增加按负指数规律减小。因而按e2的变化便可测得材料的厚度。

　　

高频(>lMHz)激励电流，产生的高频磁场作用于金属板的表面，由于集肤效应，在金属板表面将形成涡电流。

与此同时，该涡流产生的交变磁场又反作用于线圈，引起线圈自感L或阻抗ZL的变化，其变化与距离、金属板的电阻率ρ、磁导率μ、激励电流i，及角频率ω等有关，若只改变距离δ而保持其他系数不变，则可将位移的变化转换为线圈自感的变化，通过测量电路转换为电压输出。高频反射式涡流传感器多用于位移测量。