電渦流傳感器實驗應(yīng)物1001班張進(jìn)保U201017303【實驗?zāi)康摹?．掌握電渦流傳感器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；并通過實驗了解不同材料對電渦流傳感器特性的影響。2．掌握電渦流傳感器的靜態(tài)標(biāo)定方法，通過實驗進(jìn)行電渦流傳感器的靜態(tài)標(biāo)定。3．通過電渦流方法測量振幅、重量、電機(jī)轉(zhuǎn)速，掌握電渦流傳感器的實際應(yīng)用技術(shù)?！緦嶒炘怼侩姕u流傳感器由平面線圈和金屬片組成。當(dāng)線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上受感應(yīng)而產(chǎn)生渦旋狀電流，這種現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。產(chǎn)生的感應(yīng)電流，又稱為電渦流。電渦流傳感器正是基于這種渦流效應(yīng)而工作的。圖1電渦流效應(yīng)圖2電渦流效應(yīng)的等效電路如圖1所示，一個通有交變電流I1的線圈，置于一塊導(dǎo)電材料附近，由于交變電流的存在，在線圈周圍就產(chǎn)生一個交變磁場H1，導(dǎo)電材料內(nèi)便產(chǎn)生電渦流I2，電渦流I2也將產(chǎn)生一個新磁場H2,H2與H1方向相反，因而抵消部分原磁場H1，從而導(dǎo)致線圈的等效阻抗發(fā)生變化?？梢?，線圈與導(dǎo)體之間存在著磁的聯(lián)系，若把導(dǎo)電材料看成一個具有內(nèi)阻的線圈，則圖1可用圖2所示的等效電路表示。由圖2可列出下列方程：R1I1解式(1)，可得線圈的等效阻抗Z:Z=U前兩項為等效電阻，第三項為等效電抗，第三項中括號內(nèi)為等效電感。線圈的品質(zhì)因數(shù)Q為Q=ω由上不難看出，金屬導(dǎo)體的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ、線圈與金屬導(dǎo)體之間的距離X以及線圈激勵電流的角頻率ω等參數(shù)，都將通過電渦流效應(yīng)與線圈等效阻抗發(fā)生聯(lián)系。或者說．線圈等效阻抗是這些參數(shù)的函數(shù)，即Z=fρ,μ,x,ω若能保持上述ρ,μ,x,ω四個參數(shù)中的任意三個參數(shù)恒定，則等效阻抗將與第四個參數(shù)之間建立一一對應(yīng)的關(guān)系，構(gòu)成了從第四個參數(shù)到等效阻抗之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系?！緦嶒瀮x器】CSY10B型傳感器系統(tǒng)實驗儀（電渦流傳感器、電渦流變換器、測微頭、電壓/頻率表、差動放大器、電橋、測速電機(jī)及轉(zhuǎn)盤）、三種金屬渦流片（鐵、銅、鋁）、示波器、砝碼等【實驗內(nèi)容與步驟】（一）電渦流傳感器的傳感特性和靜態(tài)標(biāo)定1、安裝好電渦流線圈和金屬渦流片，注意二者必須保持平行（必要時可稍許調(diào)整探頭角度）。安裝好測微頭，將電渦流線圈接入渦流變換器輸入端，渦流變換器輸出端接電壓表20V檔。2、開啟儀器電源，用測微頭將電渦流線圈和渦流片分開一定距離，此時輸出端有一電壓值輸出。將示波器接渦流變換器輸入端，觀察電渦流傳感器的高頻波形。信號頻率約1MHz。3、用測微頭帶動振動平臺使平面線圈完全貼緊金屬渦流片，此時渦流變換器的輸出電壓為零，渦流變換器中的振蕩電路停振。4、旋動測微頭是平面線圈離開金屬渦流片，從電壓表開始有讀數(shù)起每位移0.25mm記錄一個讀數(shù)，并用示波器觀察高頻振蕩波形。將被測位移X、輸出電壓V的讀數(shù)填入下表，作出V～X曲線，指出線性范圍，找出其最佳工作點并求出靈敏度。（二）被測材料對電渦流傳感器特性的影響1、按內(nèi)容一的方法重新安裝好傳感器，開啟電源。2、分別對鐵、銅、鋁被測體進(jìn)行測量，記錄被測位移X、輸出電壓V的讀數(shù)。3、依據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，在同一個坐標(biāo)下作出渦流傳感器對不同被測材料的V～X曲線。4、分別找出傳感器對各種被測材料的線性范圍、靈敏度、最佳工作點，并進(jìn)行比較。可得出結(jié)論：對于不同被測材料，渦流傳感器的靈敏度、線性范圍都不相同，必須分別進(jìn)行標(biāo)定。（三）用電渦流傳感器稱重1、差動放大器增益調(diào)為1，輸出接電壓表20V檔。利用實驗內(nèi)容一的結(jié)果，將平面線圈安裝在線性工作范圍的起始點。調(diào)整電橋，使系統(tǒng)輸出為零。2、在測量平臺中間逐步增加砝碼，記錄被測重量W和輸出電壓值V。3、依據(jù)所測量的對應(yīng)數(shù)據(jù)，作出傳感器特性（V～W）曲線，計算靈敏度。4、取下砝碼，放上未知重量之物品，根據(jù)標(biāo)定曲線計算被測物重量，并計算絕對誤差、相對誤差、引用誤差、精度等級。（四）電渦流傳感器測量電機(jī)轉(zhuǎn)速1、將電渦流傳感器線圈支架轉(zhuǎn)一角度，安裝于電機(jī)轉(zhuǎn)盤上方，線圈與轉(zhuǎn)盤面平行，在不摩擦的前提下距離越近越好。2、電渦流線圈與渦流變換器相接，渦流變換器輸出接示波器，開啟電機(jī)開關(guān)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，同時調(diào)整平面線圈在轉(zhuǎn)盤上方的位置，通過示波器觀察，使變換器輸出的脈動波對稱。3、仔細(xì)觀察示波器兩相鄰波形的峰值是否一致，如有差異，說明平面線圈與轉(zhuǎn)盤或者不平行、或者電機(jī)本身存在振動。利用已經(jīng)獲得的鐵材料渦流片特性曲線可大致判斷轉(zhuǎn)盤面與線圈的不平行度。4、將電壓/頻率表2kHz檔接入渦流變換器輸出端，讀取脈動波形變化的周期數(shù)值，并與示波器讀取的頻率作比較。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速=脈動波形數(shù)÷2。【實驗數(shù)據(jù)與處理】（一）1、銅片d(mm)U(v)11.750-8.3612.000-8.3412.250-8.3112.500-8.2912.750-8.2613.000-8.2313.250-8.2113.500-8.1813.750-8.1414.000-8.1014.250-8.0614.500-8.0314.750-7.9915.000-7.9515.250-7.9015.500-7.8415.750-7.77銅片圖由上可知，當(dāng)工作距離在12.000-13.750（mm）之間時，其曲線線性度較好。靈敏度v/d=0.1416v/mm.（二）2、鐵片d(mm)U(v)10.000-8.0810.250-8.0410.500-8.0010.750-7.9611.000-7.9111.250-7.8511.500-7.8011.750-7.7412.000-7.6812.250-7.6112.500-7.5212.750-7.4413.000-7.3513.250-7.2513.500-7.1413.750-7.0214.000-6.90鐵片圖由上可知，當(dāng)工作距離在10.750-13.750（mm）之間時，其曲線線性度較好。靈敏度v/d=0.2887v/mm.3、鋁片d(mm)U(v)14.500-8.0614.750-8.0315.000-7.9915.250-7.9515.500-7.9115.750-7.8716.000-7.8316.250-7.7716.500-7.7016.750-7.6117.000-7.5317.250-7.4317.500-7.3117.750-7.2018.000-7.0518.250-6.8818.500-6.69由左可知，當(dāng)工作距離在15.500-18.000（mm）之間時，其曲線線性度較好。靈敏度v/d=0.3224v/mm.（三）銅片：被測重量*17.5g0123456789輸出電壓v-0.97-0.95-0.91-0.88-0.85-0.83-0.81-0.79-0.78-0.78由上圖可知，最后兩個數(shù)據(jù)已工作