电涡流式传感器的基本原理与等效电路分析

微课：电涡流传感器工作原理

在图4.24中，有一通以交变电流的传感器线圈，由于的存在，线圈周围就产生一个交变磁场。若被测导体置于该磁场范围内，基于法拉第电磁感应定律，导体内将产生电涡流也将产生一个新磁场，且的方向与相反，力图削弱的作用，从而使线圈的等效电感量、阻抗和品质因数发生变化。

图4.24　电涡流式传感器的基本原理图

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为分析方便，建立电涡流式传感器的简化模型以得到其等效电路。将被测导体上形成的电涡流等效为一个短路环中的电流，R2和L2为短路环的等效电阻和电感。如图4.25所示，设线圈的电阻为R1，电感为L1，加在线圈两端的激励电压为。线圈与被测导体等效为相互耦合的两个线圈，它们之间的互感系数M（x）是距离x的函数，随x的增大而减小。

图4.25　电涡流式传感器的等效电路(www.xing528.com)

对电涡流传感器的等效电路，根据基尔霍夫定律，列出回路1和回路2的电压平衡方程：

解方程可得到回路内的电流，并可进一步求得线圈受金属导体影响后的等效阻抗为

由上面的分析可以看出：

①由于涡流的影响，线圈等效阻抗的实数部分增大，虚数部分减小，因此品质因数Q值下降。

②影响线圈等效阻抗Z、等效电感L、等效品质因数Q变化的因素有导体的性质（L2、R2）、线圈的参数（L1、R1）、电流的频率ω以及线圈与导体间的互感系数M（x）。线圈Z、L、Q的变化与L1、L2及M有关，因此将电涡流式传感器归为电感式传感器。

③线圈的Z、L、Q都是系统互感系数M（x）平方的函数，当构成电涡流式传感器时，Z＝f1（x）、L＝f2（x）、Q＝f3（x）都是非线性函数。但在一定范围内，可将这些函数近似地用线性函数表示，于是就可通过测量Z、L或Q的变化线性地获得位移的变化。

总之，电涡流式传感器的工作原理可总结为：当传感器线圈与被测导体间距离远近不同时，它们间的耦合程度不同，反映出线圈的Z、L、Q的变化就不一样，通过测量Z、L、Q的变化，就可得到位移量的变化。