电涡流式传感器实验

实 验 报 告

实验课程：《传感器与检测技术》

实验名称：电涡流式传感器实验

一、 实验目的：

1、 了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。 2、 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：

1) 电涡流传感器位移实验通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体

涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。

2) 被测体材质对电涡流传感器特性影响: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。 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。

四、 实验步骤及数据记录：

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电涡流传感器位移实验

1．根据图2-1安装电涡流传感器。 2．观察传感器结构，这是一个平绕线圈。 3．将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有

L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件。

如图2-2所示。 图1-1 电涡流传感器安装示意图 4．在测微头端部装上铁质、铝质、铜质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。

图1-2 电涡流传感器位移实验接线图

5．将实验模板输出端Vo与数显单元输入端Vi相接。数显表量程切换开关选择电压20V档。

用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有＋15V的插孔中。

6．使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，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表2-1、表2-2和表2-3。

表2-1被测体为铁圆片时的位移与输出电压数据

X（mm） 1.5 V(v) 0.0015 1.7 0.0052 3.7 1.054 1.9 0.0519 3.9 1.161 2.1 0.149 4.1 1.269 2.3 0.253 4.3 1.372 2.5 0.363 4.5 1.472 2.7 0.478 4.7 1.565 2.9 0.594 4.9 1.655 3.1 0.713 5.1 1.740 3.3 0.828 5.3 1.821 X（mm） 3.5 V(v) 0.941

表2-2 被测体为铝圆片时的位移与输出电压数据

X（mm） V(v) X（mm） V(v) X（mm） V(v) 0.0 0.114 1.8 1.753 3.6 2.50 0.2 0.315 2.0 1.872 3.8 2.54 0.4 0.530 2.2 1.983 4.0 2.58 0.6 0.745 2.4 2.09 4.2 2.61

表2-3 被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据

X（mm） V(v) X（mm） V(v) X（mm） V(v)

7．根据表2-1数据，画出V－X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3 mm及5mm时的灵敏度和线性度，根据表2-2和表2-3分别计算量程为1mm和3mm时的灵敏度和非线性误差（线性度）。 （可以用端基法或其它拟合直线）。

21.81.61.41.210.80.60.40.200.8 0.951 2.6 2.18 4.4 2.65 1.0 1.135 2.8 2.26 4.6 2.68 1.2 1.318 3.0 2.33 4.8 2.70 1.4 1.477 3.2 2.39 5.0 2.73 1.6 1.630 3.4 2.44 0.0 0.003 1.8 1.512 3.6 2.35 0.2 0.108 2.0 1.645 3.8 2.39 0.4 0.296 2.2 1.762 4.0 2.44 0.6 0.495 2.4 1.874 0.8 0.686 2.6 1.964 1.0 0.875 2.8 2.07 1.2 1.054 3.0 2.14 1.4 1.222 3.2 2.22 1.6 1.380 3.4 2.29 电压（v）1.51.71.92.12.32.52.72.93.13.33.53.73.94.14.34.54.74.95.15.3位移（mm） 铁圆片V—X特性曲线

2.62.42.221.81.61.41.210.80.60.40.2000.20.40.60.811.21.41.61.8位移（mm）铝圆片V—X特性曲线22.22.42.62.83电压（v）

2.42.221.81.61.41.210.80.60.40.2000.20.40.60.811.21.41.61.8位移（mm）22.22.42.62.83电压（v）铜圆片V—X特性曲线

8．分别比较本实验所得结果进行小结。

五、实验数据处理：

1、被测体为铁片时：当量程为1mm时， A=

=-0.619 B=

=0.378

Y=0.378X-0.619 灵敏度S1=0.378 δf1==53.5%

当量程为3mm时，A=-0. 92 B=0.53 其拟合方程为Y=0.53X-0. 92 灵敏度S2=0.53

δf2=

=4.22%

当量程为3.8mm时，A=-0.896 B=0.52 其拟合方程为Y=0.52X-0.896 灵敏度S2=0.52

0.1175 δf2=

=3.09%

2、被测体为铝片时：当量程为1mm时,A=0.12 B=1.03 其拟合方程为Y=1.03X+0.12 灵敏度S1=1.03

δf1=

=1.5%

当量程为3mm,A=0.302 B=0.74 其拟合方程为Y=0.74X+0.302 灵敏度S2=0.74

δf2=

=6.4%

3、被测体为铜片时:当量程为1mm时,A=-0.039 B=0.899 其拟合方程为

Y=0.899X-0.039 灵敏度

S1=0.899

δf1==4.2%

当量程为3mm时,A=0.076 B=0.744 其拟合方程为Y=0.744X+0.076 灵敏度S2=0.744

δf1=

=5.6%

六、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±5mm的量程应如何设计传感器？

答：电涡流传感器内有一个桥式电路，是根据不同的探头而设计的，不同的电路，应用于不同的探头，测量量程大，探头线圈也要随着增大，传感器的量程和传感器的精度一般都是相互抑制的两个因素，不可兼得，即想要测量精度高的，一般量程不能太大。电涡流传感器的量程与线圈的形状和大小，激励线圈的频率，被检工件的材质（电导率、磁导率），传感器与被检试件之间的距离，外部环境的干扰有一定的关系。 2．用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。

答：电涡流传感器的有效电压范围一般在0~24V,约20V左右，根据量程不同，可以选择不同灵敏度的电涡流传感器。电涡流传感器对金属材料的成分比较敏感，一般选择推荐的标准材料，例如45钢，一般来说，电涡流传感器擅长微小位移的检测，例如0.0001mm,此时最大量程一般在几毫米的最常用，如果量程较大，则分辨率下降，线圈直径也较大。 3.当被测体为非金属材料如何利用电涡流传感器进行测试？

答：由于电涡流传感器不能直接测量非金属材料，但可通过帖金属片等方式测量。

七、实验总结

1、误差分析：本实验的误差主要来源于试验台的数显表电压读数的相对不准确，人眼对测微仪的读数同样会带来误差，这是在实验中不可避免的，另外，外界的电磁干扰以及仪器存在的漏磁情况都是误差造成的原因。由于直线位移执行器与传感器存在非线性误差，

所以导致通过实验所测得数据的特性曲线不是完全的线性关系。

2、注意在测量过程中不要中途回旋测微仪，直到测量完，否则就得重新测量。 3、在铜、铁、铝三者中，涡流传感器对于铜的线性度最好，铝其次，铁最差，灵敏度也具有同样的关系，故而可以得出，对于铜质材料的测量很适合使用涡流传感器，而铁不适合采用涡流传感器进行测量，否则误差较大。

4、注意事项：实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。接插线插入插孔，以保证接触良好，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。稳压电源不要对地短路。所有单元电路的地均须与电源地相连。当涡流变换器接入电涡流线圈处于工作状态时，接入示波器会影响线圈的阻抗，使变换器的输出电压减小（如果示波器探头阻抗太小，甚至会使变换器电路停振而无输出），或是使传感器在初始状态有一死区。被测体与电涡流传感器测试头平面必须平行，并将测试头尽量对准被测体中间,以减少涡流损失。

5、在实验过程中，当电涡流传感器与被测钢板间距离逐渐增大时，传感器输出的电压信号也随之升高，并能呈现一定的线性关系，但是，在刚开始调节千分尺的时候，传感器并没有输出信号（电压表的示数为0），而当传感器与被测物体间距超过一定距离之，传感器的输出则维持在输出最大数值上，由此可以看出，传感器是有一定的测量范围的。 6、通过对传感器的实验，使我更进一步的了解了传感器的工作过程，通过对实验的分析，使我对所学过的模拟电子中放大器部分有了更为深入的了解，认识到了电涡流式传感器的工作原理。

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