传感器原理及应用复习（5）---测量厚度

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1. 电涡流传感器测量

1.1 低频透射式涡流厚度传感器

?如下图为低频透射式涡流厚度传感器的结构原理图。
?(1) 在被测金属板的上方设有发射传感器线圈 $L_1$，在被测金属板的下方设有接受传感器线圈 $L_2$。当在 $L_1$ 上加低频电压 $U_1$ 时，$L_1$ 上产生交变磁通 ${\Phi }_1$，若两线圈间无金属板，则交变磁通直接耦合至 $L_2$，$L_2$ 产生感应电压 $U_2$。
?(2) 如果将被测金属板放入两线圈之间，则 $L_1$ 线圈产生的磁场将导致在金属板中产生电涡流，并将贯穿金属板，此时磁场能量受到损耗，使到达 $L_2$ 的磁通将减弱为 ${{\Phi }^{’}}_1$，从而使 $L_2$ 产生的感应电压 $U_2$ 下降。
?(3) 金属板越厚，涡流损失就越大，电压 $U_2$ 就越小。因此，可根据电压 $U_2$ 的大小得知被测金属板的厚度。

1.2 高频反射式涡流厚度传感器

?如下图为高频反射式涡流厚度传感器的结构原理图。
?(1) 为了克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响，在带材的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器 $S_1$ 和 $S_2$。$S_1$ 和 $S_2$ 与被测带材表面之间的距离分别为 $x_1$ 和 $x_2$。
?(2) 若带材厚度不变，则被测带材上、下表面之间的距离总有 $x_1+x_2=常数$ 的关系存在。两传感器的输出电压之和为 $2U_o$，数值不变。
?(3) 如果被测带材厚度改变量为 $△\delta$，则两传感器与带材之间的距离也改变一个 $△\delta$，两传感器输出电压此时为 $2U_o+△U$。
?(4) $△U$经放大器放大后通过指示仪表即可指示出带材的厚度变化值。带材厚度给定值与偏差指示值的代数和就是被测带材的厚度。

2. 电容传感器测量

2.1 工作原理

?电容测厚传感器测厚的工作原理是：在被测带材的上下两侧各置放一块面积相等、与带材距离相等的极板，这样极板与带材就构成了两个电容器 $C_1$ 和 $C_2$。把两块极板用导线连接起来成为一个极，而带材就是电容的另一个极，其总电容为 $C_1+C_2$。如果带材的厚度发生变化，将引起电容量的变化，用交流电桥将电容的变化测出来，经过放大即可由电表指示测量结果。

2.2 差动式电容测厚传感器

?如下图为差动式电容测厚传感器的测量原理框图。
?音频信号发生器产生的音频信号，接入变压器 $T$ 的原边线圈，变压器副边的两个线圈作为测量电桥的两臂，电桥的另外两桥臂由标准电容 $C_o$ 和带材与极板形成的被测电容 $C_x$（$C_x=C_1+C_2$）组成。电桥的输出电压经放大器放大后整流为直流，再经差动放大，即可用指示电表指示出带材厚度的变化。

3. 微波传感器测量

3.1 工作原理

?微波测厚仪是利用微波在传播过程中遇到被测物体金属表面被反射，且反射波的波长与速度都不变的特性进行测厚的。

3.2 微波测厚仪

?如下图为微波测厚仪的原理图。
?(1) 在被测金属物体上下两表面各安装一个终端器。微波信号源发出的微波，经过环行器 $A$、上传输波导管传输到上终端器，由上终端器发射到被测物体的上表面上，微波在被测物体上表面全反射后又回到上终端器，再经过传输导管、环行器 $A$、下传输波导管传输到下终端器。
?(2) 由下终端器发射到被测物体下表面的微波，经全反射后又回到下终端器，在经过传输导管回到环行器 $A$。
?(3) 因此被测物体的厚度与微波传输过程中的行程长度有密切关系，当被测物体厚度增加时，微波传输的行程长度便减小。