摘要：在介紹電渦流傳感器基本原理的基礎(chǔ)上，分析了溫度漂移產(chǎn)生的主要因素，并提出了一種溫漂補(bǔ)償?shù)男路椒�，即利用�?fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度漂移的綜合補(bǔ)償。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，溫漂綜合補(bǔ)償精度可達(dá)0.41%，明顯優(yōu)于一般方法的補(bǔ)償精度。

　　關(guān)鍵詞：電渦流；溫度漂移；負(fù)反饋；綜合補(bǔ)償；精度

　　1 引言

　　電渦流傳感器以其靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快和測(cè)量的非接觸性等優(yōu)點(diǎn)，常用來(lái)檢測(cè)機(jī)械位移、振幅以及材料的物理參數(shù)等，但電渦流傳感器容易受到溫度的影響，特別是高溫區(qū)存在著嚴(yán)重的測(cè)量誤差，使其應(yīng)用受到很大的限制，而且受溫度影響的因素幾乎包括傳感器系統(tǒng)的所有部件和材料。采用傳統(tǒng)的單一參數(shù)溫度補(bǔ)償，只能滿足一般的要求。若要精確測(cè)量，很難達(dá)到理想的效果。本文綜合分析了產(chǎn)生溫度漂移的主要因素，采用負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度誤差的綜合補(bǔ)償，取得了良好的效果。

     2 工作原理

　　金屬塊置于變化著的磁場(chǎng)中或者在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬體內(nèi)部都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成電流，這種電流在金屬體內(nèi)是自己閉合的，稱為電渦流。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場(chǎng)能量，從而使產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈阻抗發(fā)生變化，電渦流傳感器就是基于這種電渦流效應(yīng)的。如圖1所示，當(dāng)線圈中通以交變的電流時(shí)，線圈周圍就會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)H，置于磁場(chǎng)中的金屬體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成電渦流，這個(gè)電渦流必然引起線圈阻抗的變化，線圈阻抗的大小與被測(cè)體材料的電阻率r、磁導(dǎo)率m、尺寸因子r、勵(lì)磁頻率f以及線圈與被測(cè)金屬體的距離x等有關(guān)，線圈阻抗Z可用如下函數(shù)表示
                    

     如果固定上式中的某些參數(shù)不變，而只改變其中的一個(gè)參數(shù)，那么，阻抗就成為這個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)，因此，電渦流傳感器是載流線圈與被測(cè)金屬 體的統(tǒng)一體，可用于多種物理量的測(cè)量。

　　可以證明，線圈受到導(dǎo)體影響之后的等效阻抗為

     式中，R1為傳感器線圈的電阻；L1為傳感器線圈的電感；R2為被測(cè)導(dǎo)體的等效電阻；L2為被測(cè)導(dǎo)體 的等效電感；M為線圈與被測(cè)導(dǎo)體之間的互感系數(shù)；ω為激勵(lì)電源的角頻率。

　　由式（2）可知，電渦流最終使線圈的等效電阻增加，同時(shí)，電感也發(fā)生了變化。

　　3 溫度漂移與補(bǔ)償

　　由式（2）可知，渦流線圈的電阻R2、電感L1以及由被測(cè)導(dǎo)體引入的電阻R2、電感L2都可能受到溫度的影響，引起輸出的漂移，被測(cè)導(dǎo)體的溫度和特性參數(shù)，如電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等是隨著被測(cè)導(dǎo)體的不同而變化的；由被測(cè)導(dǎo)體引入的R2、L2對(duì)傳感器輸出的影響，最終可以等效為 R2、L2對(duì)傳感器輸出的影響。因此，一般認(rèn)為傳感器空載，不考慮被測(cè)導(dǎo)體，只考慮傳感器線圈特性參數(shù)的影響。傳感器線圈在無(wú)待測(cè)導(dǎo)體時(shí)的等效阻抗為
                    

    式中，Rac是線圈的交流電阻。理論和實(shí)驗(yàn)證明，電感 基本不隨溫度變化。溫度對(duì)線圈的影響主要在于使線圈電阻增加，從而使線圈品質(zhì)因數(shù) Q發(fā)生變化，導(dǎo)致傳感器的輸出隨溫度變化而發(fā)生漂移。溫漂補(bǔ)償?shù)拇胧┮话阌校?

　�、俨捎枚喙赊p線[1]，即用互相絕緣的金屬細(xì)導(dǎo)線編制成一束來(lái)代替單股實(shí)心導(dǎo)線繞制渦流線圈。

　　目的是通過(guò)減小線圈的交流電阻Rac，來(lái)減小溫度對(duì)線圈阻抗的影響；

　�、趦�(yōu)化傳感器的關(guān)聯(lián)參數(shù)[2]，例如線圈在高頻激勵(lì)狀態(tài)下，當(dāng)溫度增加時(shí)，與集膚效應(yīng)有關(guān)的交流電阻值將增加，而與電流密度分布變化有關(guān)的等效交流電阻值將減小，兩者變化方向相反，若關(guān)聯(lián)參數(shù)選擇恰當(dāng)，就可能達(dá)到溫漂自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康模?

　　③傳感器采用差動(dòng)形式[3]，利用對(duì)稱的傳感器結(jié)構(gòu)，差動(dòng)輸出相互補(bǔ)償，從而提高對(duì)溫漂的抑制能力。

　　以上的溫漂補(bǔ)償措施實(shí)驗(yàn)證明是有效的，但影響溫漂的因素是多方面的，幾乎涉及傳感器系統(tǒng)的所有部件和參數(shù)，采用單一參數(shù)的補(bǔ)償，只能滿足一般的要求。若要精確測(cè)量，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抑制溫漂的能力，可采用綜合補(bǔ)償。所謂綜合補(bǔ)償，就是不單單只考慮某一參數(shù)，而是