電渦流傳感器關(guān)鍵技術(shù)理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、電渦流傳感器已步人工業(yè)實(shí)用化階段，但其在研制過程中存在諸多因素的限制，導(dǎo)致生產(chǎn)出來的傳感器元件在被測(cè)材料敏感性、測(cè)量范圍和溫度漂移等方面存在一些不容忽視的問題，一定程度上限制了電渦流傳感器的使用范圍。為了解決傳統(tǒng)渦流傳感器這三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題，本文研究探頭結(jié)構(gòu)及其幾何參數(shù)與線圈阻抗的關(guān)系，并以此指導(dǎo)探頭結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　論文首先對(duì)投影變換方法的可行性進(jìn)行研究。用Φ8、Φ11和Φ16這3種規(guī)格的探頭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得探頭在七種不同被測(cè)

2、材料下的阻抗數(shù)據(jù)。經(jīng)投影變換方法處理后，Φ8傳感器最大相對(duì)誤差為0.68％;Φ11傳感器最大相對(duì)誤差為1.32％;Φ16傳感器最大相對(duì)誤差為1.15％，在誤差范圍內(nèi)。因此，阻抗投影變換方法對(duì)Φ8、Φ11和Φ16傳感器都適用，具有一定的應(yīng)用廣度。同時(shí)線圈阻抗與線圈激勵(lì)頻率有關(guān)，為了更好地使用阻抗投影變換方法，在1MHz、800KHz、600KHz和400KHz四種激勵(lì)頻率下對(duì)Φ8傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出線圈激勵(lì)頻率在800KHz左右取值為最佳

3、。
　　阻抗投影變換方法對(duì)于消除渦流傳感器的材料敏感性是可行的，但是與傳統(tǒng)的渦流傳感器相比測(cè)量范圍略有減小，可以通過改進(jìn)探頭線圈進(jìn)一步擴(kuò)大量程。通過理論分析線圈形狀和幾何參數(shù)對(duì)傳感器性能的影響，得出傳感器測(cè)量范圍與線圈外徑、內(nèi)徑和寬度有關(guān)。本文設(shè)計(jì)了5種不同內(nèi)徑和寬度的Φ16mm傳感器探頭，通過實(shí)驗(yàn)分析得出:內(nèi)徑太大或太小，寬度太寬或太窄都會(huì)減小傳感器的測(cè)量范圍。因此，對(duì)于本實(shí)驗(yàn)所采用的中16mm傳感器，當(dāng)線圈外徑為14mm，內(nèi)徑

4、為12mm左右，寬度為4mm左右時(shí)，具有較大的測(cè)量范圍。
　　電渦流傳感器易受溫度影響產(chǎn)生溫漂，特別是在高溫區(qū)域內(nèi)存在嚴(yán)重的測(cè)量誤差，使其應(yīng)用受到很大的限制。通過理論分析得出，電渦流傳感器的溫度補(bǔ)償主要集中于探頭線圈的補(bǔ)償。根據(jù)探頭線圈等效電阻隨溫度變化規(guī)律得出，合理選擇導(dǎo)線線徑、導(dǎo)線長度和線圈激勵(lì)頻率，可以實(shí)現(xiàn)溫度漂移的自動(dòng)補(bǔ)償。用上文選定的Φ16mm傳感器探頭設(shè)計(jì)溫漂實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出:導(dǎo)線線徑太粗或太細(xì)、線圈匝數(shù)太多

5、或太少和線圈激勵(lì)頻率太低都會(huì)使傳感器輸出溫漂增加。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)所采用的Φ16mm傳感器探頭，要使傳感器具有較小的輸出溫漂，導(dǎo)線線徑應(yīng)在0.17mm左右取值，線圈匝數(shù)應(yīng)在57圈左右取值;綜合考慮渦流傳感器被測(cè)材料敏感性、測(cè)量范圍和溫度漂移這三個(gè)因素，線圈激勵(lì)頻率在800KHz～900KHz范圍內(nèi)取值為最佳。
　　本文通過對(duì)多種直徑的探頭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了投影變換方法的適用性，為傳感器的優(yōu)化提供理論依據(jù)。從線圈內(nèi)徑、寬度、導(dǎo)線線徑、長度和