當導體置于交變磁場或在磁場中運動時,導體上引起感生電流ie,此電流在導體內(nèi)閉合,稱為渦流。渦流大小與導體電阻率ρ、磁導率μ以及產(chǎn)生交變磁場的線圈與被測體之間距離x,線圈激勵電流的頻率f有關。顯然磁場變化頻率愈高,渦流的集膚效應愈顯著。即渦流穿透深度愈小,其穿透深度h可表示
ρ—導體電阻率(Ω·cm);
μr—導體相對磁導率;
f—交變磁場頻率(Hz)。
可見,渦流穿透深度h和激勵電流頻率f有關,所以渦流傳感器根據(jù)激勵頻率:高頻反射式或低頻透射式兩類。
目前高頻反射式電渦流傳感器應用廣泛。
(一) 結(jié)構和工作原理
主要由一個安置在框架上的扁平圓形線圈構成。此線圈可以粘貼于框架上,或在框架上開一條槽溝,將導線繞在槽內(nèi)。下圖為CZF1型渦流傳感器的結(jié)構原理,它采取將導線繞在聚四氟乙烯框架窄槽內(nèi),形成線圈的結(jié)構方式。
1 線圈 2 框架 3 襯套
4 支架 5 電纜 6 插頭
傳感器線圈由高頻信號激勵,使它產(chǎn)生一個高頻交變磁場φi,當被測導體靠近線圈時,在磁場作用范圍的導體表層,產(chǎn)生了與此磁場相交鏈的電渦流ie,而此電渦流又將產(chǎn)生一交變磁場φe阻礙外磁場的變化。從能量角度來看,在被測導體內(nèi)存在著電渦流損耗(當頻率較高時,忽略磁損耗)。能量損耗使傳感器的Q值和等效阻抗Z降低,因此當被測體與傳感器間的距離d改變時,傳感器的Q值和等效阻抗Z、電感L均發(fā)生變化,于是把位移量轉(zhuǎn)換成電量。這便是電渦流傳感器的基本原理。
電渦流傳感器原理圖