《传感器技术原理与应用》实验报告

实验四  电涡流特性实验  

一、实验目的

     1.研究不同材质对电涡流测位移的影响。

     2.研究材质的面积对电涡流测位移的影响。

二、基本原理

    研究不同材质对电涡流测位移的影响的原理：涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。

    研究材质的面积对电涡流测位移的影响的原理：电涡流传感器在实际应用中，由于被测体的形状大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分会减弱甚至不产生涡流效应，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标定。

三、实验结果记录

表一

四、实验结果分析

(一)实验数据折线图及拟合曲线

1.铁材质:

图1铁材质测电涡流位移折线图及拟合曲线

测量范围：1.2—8.0mm

2.铜材质:

图2铜材质测电涡流位移折线图及拟合曲线

测量范围：0—6mm

3.铝材质:

图3铝材质测电涡流位移折线图及拟合曲线

测量范围：0—5.8mm

4.铝材质（柱形）:

图4铝材质（柱形）测电涡流位移折线图及拟合曲线

测量范围：0—4.8mm

（二）铁铜铝的拟合曲线对比图

图5铁铜铝拟合曲线

（三）铝和铝柱的拟合曲线

图6铝和铝柱拟合曲线

（四）根据以上两图分析

1.根据磁导率，不同材质对电涡流效应有什么影响？为什么会产生这种现象？

答：通过图5可以知道铝作为被测体时，涡流效应最强，铜作为被测体时，涡流效应比较强，铁作为被测体时，涡流效应比较弱。因为当被测物体是导磁材料时，由于涡流效应和磁效应同时存在，磁效应反作用于涡流效应，使得涡流效应减弱，即传感器的灵敏度降低，由于铁的导磁率最高，其磁效应比较好，所以铁材质作为被测体时，涡流效应比较弱，而铝的磁导率接近于非铁磁物质的磁导率µ0≈1但大于1，即顺磁物质，它会加强涡流效应，铜的磁导率接近于非铁磁物质的磁导率µ0≈1但小于1，即抗磁物质，它会减弱涡流效应，但不如铁的减弱作用强，所以铝作为被测物质时，传感器灵敏度最高，铜次之，铁最差。

2.表面积不同对电涡流效应有何影响，为什么产生此种现象？

答：通过图6可知道被测体面积的大小对涡流效应有一定的影响，因为探头线圈产生的磁场范围是一定的，而被测体表面形成的涡流场也是一定的，这样对被测体表面积大小有一定的要求，通常，当被测体表面为平面时，以正对探头中心线的点为中心，被测面直径应大于探头头部直径的2.5倍以上，当被测体是圆柱且探头中心线与轴心线正交时，一般要求被测轴直径为探头头部直径的8倍以上，否则传感器的灵敏度会下降，被测体表面越小，灵敏度下降越多。而本次实验用的铝柱的底面积比铝平面面积还要小，所以面积小的铝柱（红线）对应的涡流效应较弱。

3.若要求测量范围为1-3cm则应采取哪种表面积和材质测量？说明理由。

答：应采用大面积的铝平面来测量，因为相对而言铝材质会加强涡流效应，传感器的灵敏度较高，还有就是面积大时的传感器的灵敏度比较高。

4.若要求测量范围为应如何设计传感器。

答：可以在被平面的左右两侧对称的放置两个特性相同的电涡流传感器来进行测量。

 

第二篇：实验二 电涡流传感器位移实验

实验二  电涡流传感器位移实验

    一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性；了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。

    二、基本原理：通以高频电流的线圈会产生高频磁场，当有导体接近该磁

场时，会在导体表面产生涡流效应，而涡流效应的强弱与该导体与线圈的距离有关，

因此通过检测涡流效应的强弱即可以进行位移测量。

影响涡流效应的强弱除了上面提及的因素外，与金属导体本身的电阻率和磁导率也有关系，因此不同的材料就会有不同的涡流效应，从而改变电涡流传感器的测量性能。

    三、需用器件与单元：电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、

数显单元、测微头、铁圆片、铜和铝的被测体圆盘

    四、实验步骤：

    1、根据图８－１安装电涡流传感器。

 

   2、观察传感器结构，这是一个扁平的多层线圈，两端用单芯屏蔽线引出。

   ３、将电涡流传感器输出插头接入实验模板上相应的传感器输入插口，传感器作为由晶体管T1组成振荡器的一个电感元件。

   ４、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。

    ５、将实验模板输出端V0与数显单元输入端Vi相接。数显电压表量程置20V档。

    ６、用连接导线从主控箱接入＋15V直流电源到模板上标有+15V的插孔中。

    ７、移动测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读

数，旋转测微头每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止，将结果分别填入表8-1、8-2、8-3。

    表8-1：被测体为铁圆片时的位移与输出电压数据

                            表8-2：被测体为铝圆片时的位移与输出电压数据

表8-3：被测体为铜圆片时的位移与输出电压数据

                                 

   8、根据表8-1、8-2、8-3数据，分别画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及选择位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3mm及5mm时的灵敏度和非线性误差（可以用端基法或其它拟合直线）。

    五、思考题：

    1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±3mm的量程应如

何设计传感器处理电路？

2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程选用传感器。

3、若被测体为非金属材料，是否可利用电涡流传感器进行位移测试？