作切割磁力线运动时，导体内将产生呈旋涡状的感应电流，此电流叫电涡流，所产生电涡流的现象称为电涡流效应。

电涡流式传感器的测试系统由电涡流式传感器和被测金属两部分组成。当线圈中通以交变电流I?时，

1?，置于此磁物中的导体将感应其周围产生交变磁物H1?，H?的作用出交变电涡流I?，I?又产生新的交变磁物H

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?，导致线圈阻抗发生变化，的变化将反抗原磁物HZZ1完全取决于导体中的电涡流效应，而电涡流效应既与导体的电阻率?，磁导率?，几何尺寸有关，又与线圈的几何参数、线圈中的激磁电流频率f有关，还与线圈和导体间的距离x有关，因此，可得等效阻抗Z的函数差系式为

Z?F（?、?、r、f、x）

式中r为线圈与被测体的尺寸因子。

以上分析可知，若保持?，?，r，f参数不变，而只改变x参数。则Z就仅仅是关于x单值函数。测量出等效阻抗Z，就可实现对位移量x的测量。 10． 电涡流的形成范围包括哪些内容？它们的主要特点是什么？

答：电涡流的形成范围包括电涡流的径向形成范围、电涡流强度与距离的关系和电涡流的轴向贯穿深度。 电涡流的径向形成范围的特点为：①金属导体上的电涡流分布在以线圈轴线为同心，以（1.8～2.5）r为

as半径的范围之内（r为线圈半径），且分布不均匀。②

as在线圈轴线（即短路环的圆心处）内涡流密度为零。③电涡流密度的最大值在r?r附近的一个狭窄区域

as内。

电涡流强度与距离x呈非线性关系。且随着x的增加，电涡流强度迅速减小。当利用电涡流式传感器测量位移时，只有在xr=0.05～0.15的范围内才具有较

as好的线性度和较高的灵敏度。

电涡流的轴向贯穿深度按指数规律分布，即电涡流密度在被测体表面最大，随着深度的增加，按指数规律衰减。

11． 电涡流传感器常用测量电路有几种？其测量原理如何？各有什么特点？

答：电涡流传感器常用的测量电路有：调频式测量电路和调幅式测量电路二种。

调频式测量电路如题

图

4—11

题图4—11﹙ａ﹚电涡流传感器调频式测量电路 ﹙ａ﹚所示，

传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与被测导体距离x改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率变化，该变化的频率是距离x的函数，即

f?12?L?x??C，该电路输出是频率量，固抗干扰性能较好，

但f的表达式中有电容C参数存在，为避免传感器引线的分布电容影响。通常将L.C封装在传感器内，此时电缆分布电容并联在大电容上，因而对振荡频率f的影响

大大减小。 调幅式测

题图4—11﹙ｂ﹚电涡流传感器调幅式测量电路

量电路如题图4—11﹙ｂ﹚所示，石英晶体振荡器起恒流源作用，给谐振回路提供了一个激励频率?f?稳定的

0激励电流i，由传感器线圈L、电容器C构成一个LC振

0荡电路，其输出电压U0?i0?f?z?，当金属导体远离电涡流

传感器或去掉时，LC并联谐振回路的谐振频率即为石英振荡频率f，回路呈现的阻抗最大，谐振回路上的输

0出电压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐而偏离了激励频率，从而使输出电压降低，L的数值随距离x的变化而变化，因此，输出电压也随x而变化。

第五章

1.根据工作原理可将电容式传感器分为那几种类型？每种类型各有什么特点？各适用于什么场合？ 答：根据电容式传感器的工作原理，电容式传感器有三种基本类型，即变极距(d)型（又称变间隙型）、变面积(A)型和变介电常数(ε)型。变间隙型可测量位移，变面积型可测量直线位移、角位移、尺寸，变介电常数型可测量液体液位、材料厚度。电容式传感器具有以下特点：功率小，阻抗高，由于电容式传感器中带电极板之间的静电引力很小，因此，在信号检测过程中，只需要施加较小的作用力，就可以获得较大的电

容变化量及高阻抗的输出；动态特性良好，具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；本身的发热对传感器的影响实际上可以不加考虑；可获取比较大的相对变化量；能在比较恶劣的环境条件下工作；可进行非接触测量；结构简单、易于制造；输出阻抗较高，负载能力较差；寄生电容影响较大；输出为非线性。 2.如何改善单极式变极距型传感器的非线性？ 答：采用差动式结构，可以使非线性误差减小一个数量级。

5－3 图5—7为电容式液位计测量原理图。请为该测

Dd量装置设计匹配的测量电路，要求输出电压U与液位

0h之间呈线性关系。

?Hh?1C?C0?2?h(?1??)D1nd