項(xiàng)目三 電感式傳感器課件

1、項(xiàng)目三 電感式傳感器n電感式傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成線圈的自感或互感的電感式傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成線圈的自感或互感的變化，并通過(guò)一定的轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)變成電壓或電流變化，并通過(guò)一定的轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)變成電壓或電流輸出的傳感器。這類傳感器包括自感式傳感器、互感輸出的傳感器。這類傳感器包括自感式傳感器、互感式傳感器、電渦流式傳感器、壓磁式傳感器和感應(yīng)同式傳感器、電渦流式傳感器、壓磁式傳感器和感應(yīng)同步器式傳感器。步器式傳感器。任務(wù)一 自感式電感傳感器n自感式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)變成線圈自感的變化的傳自感式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)變成線圈自感的變化的傳感器。圖感器。圖3-1所示是自感式傳感器原理圖。在圖

2、所示是自感式傳感器原理圖。在圖3-1(a)、(b)中，中，因?yàn)樵阼F芯與銜鐵之間的氣隙很小，所以磁路是封閉的。根因?yàn)樵阼F芯與銜鐵之間的氣隙很小，所以磁路是封閉的。根據(jù)自感的定義，線圈自感可由式據(jù)自感的定義，線圈自感可由式(3-1)確定確定mNRNdINddIdL2式中：式中：N為回路內(nèi)磁鏈數(shù)；為回路內(nèi)磁鏈數(shù)；為每匝線圈的磁通量；為每匝線圈的磁通量；I為線圈中的電流；為線圈中的電流；N為線圈匝數(shù)；為線圈匝數(shù)；Rm為磁路的總磁為磁路的總磁阻。阻。(3-1)一、自感式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)一、自感式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)對(duì)于圖對(duì)于圖3-1的情況，因?yàn)闅庀逗穸容^小，可以認(rèn)為氣隙磁場(chǎng)是的情況，因?yàn)闅庀逗穸?/p>

3、較小，可以認(rèn)為氣隙磁場(chǎng)是均勻的，若忽略磁路鐵損，則總磁阻為均勻的，若忽略磁路鐵損，則總磁阻為SSlSlRm02221112圖圖3-1自感式傳感器原理圖自感式傳感器原理圖1線圈；線圈；2鐵芯；鐵芯；3銜鐵銜鐵一、自感式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)一、自感式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)式中：式中：l1為磁通通過(guò)鐵芯的長(zhǎng)度；為磁通通過(guò)鐵芯的長(zhǎng)度；l2為磁通通過(guò)銜鐵的為磁通通過(guò)銜鐵的長(zhǎng)度；長(zhǎng)度；1為鐵芯材料的磁導(dǎo)率；為鐵芯材料的磁導(dǎo)率；2為銜鐵材料的磁導(dǎo)為銜鐵材料的磁導(dǎo)率；率；0為空氣的磁導(dǎo)率，為空氣的磁導(dǎo)率，S1為鐵芯的截面積；為鐵芯的截面積；S2為銜為銜鐵的截面積；鐵的截面積；S為氣隙的截面積；為氣隙的截面積

4、；為氣隙的厚度。為氣隙的厚度。SSlSlNL022211122mH /10470n當(dāng)鐵芯的結(jié)構(gòu)和材料確定后，式當(dāng)鐵芯的結(jié)構(gòu)和材料確定后，式(3-3)(3-3)分母的第一項(xiàng)和分母的第一項(xiàng)和第二項(xiàng)為常數(shù)，此時(shí)，自感第二項(xiàng)為常數(shù)，此時(shí)，自感L L是氣隙厚度是氣隙厚度和氣隙截面和氣隙截面積積S S的函數(shù)，即的函數(shù)，即L Lf(f(，S)S)。如果保持。如果保持S S不變，則不變，則L L為為的單值函數(shù)，可構(gòu)成變氣隙型自感式傳感器；如果的單值函數(shù)，可構(gòu)成變氣隙型自感式傳感器；如果保持保持不變，使不變，使S S隨位移變化，則構(gòu)成變截面型傳感器隨位移變化，則構(gòu)成變截面型傳感器。一、自感式傳感器的工作原理及結(jié)

5、構(gòu)一、自感式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)一、自感式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)一、自感式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)n如圖如圖3-1(c)3-1(c)所示，線圈中放入圓柱形銜鐵，當(dāng)銜鐵上所示，線圈中放入圓柱形銜鐵，當(dāng)銜鐵上下移動(dòng)時(shí)，自感量將相應(yīng)變化，這就構(gòu)成了螺線管型下移動(dòng)時(shí)，自感量將相應(yīng)變化，這就構(gòu)成了螺線管型自感式傳感器自感式傳感器 3-1(c)二、自感式傳感器的轉(zhuǎn)換電路n自感式傳感器把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)變成了電感量的變化。自感式傳感器把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)變成了電感量的變化。為了測(cè)出電感量的變化，就要用轉(zhuǎn)換電路把電感量的為了測(cè)出電感量的變化，就要用轉(zhuǎn)換電路把電感量的變化轉(zhuǎn)換成電壓變化轉(zhuǎn)換成電壓( (或電流或電流)

6、)的變化。最常用的轉(zhuǎn)換電路的變化。最常用的轉(zhuǎn)換電路有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相電路。有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相電路。n1 1調(diào)幅電路調(diào)幅電路n (1)(1)交流電橋交流電橋圖3-2 變壓器電橋二、自感式傳感器的轉(zhuǎn)換電路二、自感式傳感器的轉(zhuǎn)換電路n調(diào)幅電路的主要形式是交流電橋。調(diào)幅電路的主要形式是交流電橋。n圖圖3-23-2所示的是變壓器電橋，所示的是變壓器電橋，Z1Z1和和Z2Z2為傳感器兩個(gè)線圈為傳感器兩個(gè)線圈的阻抗，另兩臂為電源變壓器次級(jí)線圈的兩半，每半的阻抗，另兩臂為電源變壓器次級(jí)線圈的兩半，每半的電壓為的電壓為u u2 2。輸出空載電壓為。輸出空載電壓為ZZuu20二、自感式傳感器的轉(zhuǎn)換電路n比較式比較

7、式(3-5)(3-5)和式和式(3-6)(3-6)，說(shuō)，說(shuō)明這兩種情況的輸出電壓大明這兩種情況的輸出電壓大小相等，方向相反。由于小相等，方向相反。由于圖3-3諧振式調(diào)幅電路0n是交流電壓，輸出是交流電壓，輸出指示無(wú)法判斷位移指示無(wú)法判斷位移方向，必須配合相方向，必須配合相敏檢波電路來(lái)解決。敏檢波電路來(lái)解決。1. 調(diào)幅電路n圖圖3-3(a)3-3(a)所示是諧振式調(diào)幅電路。在諧振式調(diào)幅電路所示是諧振式調(diào)幅電路。在諧振式調(diào)幅電路中，傳感器電感中，傳感器電感L L與電容與電容C C、變壓器原邊串聯(lián)在一起，、變壓器原邊串聯(lián)在一起，接入交流電源，變壓器副邊將有電壓接入交流電源，變壓器副邊將有電壓uouo

8、輸出，輸出電輸出，輸出電壓的頻率與電源頻率相同，而幅值隨著電感壓的頻率與電源頻率相同，而幅值隨著電感L L而變化，而變化，圖圖3-3(b)3-3(b)所示為輸出電壓所示為輸出電壓uouo與電感與電感L L的關(guān)系曲線，其中的關(guān)系曲線，其中L0L0為諧振點(diǎn)的電感值，此電路靈敏度很高，但線性差，為諧振點(diǎn)的電感值，此電路靈敏度很高，但線性差，適用于線性要求不高的場(chǎng)合。實(shí)際使用時(shí)，一般使用適用于線性要求不高的場(chǎng)合。實(shí)際使用時(shí)，一般使用特性曲線一側(cè)接近線性的一段。特性曲線一側(cè)接近線性的一段。2調(diào)頻電路調(diào)頻電路的基本原理是傳感器電感調(diào)頻電路的基本原理是傳感器電感L L變化將引起輸出變化將引起輸出電壓頻率的變

9、。一般是把傳感器電感電壓頻率的變。一般是把傳感器電感L L和電容和電容C C接入接入一個(gè)振蕩回路中，其振蕩頻率一個(gè)振蕩回路中，其振蕩頻率LCf21諧振式諧振式調(diào)頻電路如圖調(diào)頻電路如圖3-4所示。當(dāng)所示。當(dāng)L變化時(shí)，變化時(shí)，振蕩頻率隨之變化，根據(jù)振蕩頻率隨之變化，根據(jù)f的大小即可測(cè)出被測(cè)量的值。的大小即可測(cè)出被測(cè)量的值。圖圖3-4(b)表示表示f與與L的特性，的特性，它具有明顯的非線性關(guān)系。該頻率可由數(shù)字頻率計(jì)它具有明顯的非線性關(guān)系。該頻率可由數(shù)字頻率計(jì)直接測(cè)量，也可通過(guò)直接測(cè)量，也可通過(guò)f-V轉(zhuǎn)換，用數(shù)字電壓表測(cè)量轉(zhuǎn)換，用數(shù)字電壓表測(cè)量2調(diào)頻電路n圖圖3-43-4諧振式調(diào)頻電路諧振式調(diào)頻電路3

10、.調(diào)相電路n調(diào)相電路就是把傳感器電感調(diào)相電路就是把傳感器電感L L變化轉(zhuǎn)換為輸出電壓相位變化轉(zhuǎn)換為輸出電壓相位的變化。圖的變化。圖3-53-5所示為一個(gè)相位電橋，一臂為傳感器所示為一個(gè)相位電橋，一臂為傳感器L L，另一臂為固定電阻，另一臂為固定電阻R R。設(shè)計(jì)時(shí)使電感線圈具有高的。設(shè)計(jì)時(shí)使電感線圈具有高的品質(zhì)因數(shù)。忽略其損耗電阻，則電感線圈上壓降品質(zhì)因數(shù)。忽略其損耗電阻，則電感線圈上壓降uLuL與與固定電阻上壓降固定電阻上壓降uRuR是兩個(gè)相互垂直的分量。當(dāng)電感是兩個(gè)相互垂直的分量。當(dāng)電感L L變變化時(shí)，輸出電壓化時(shí)，輸出電壓u u。的幅值不變，相位角。的幅值不變，相位角隨之變化。隨之變化。

11、與與L L的關(guān)系為的關(guān)系為3.調(diào)相電路RLarctan2在這種情況下，當(dāng)在這種情況下，當(dāng)L L有了微小變化有了微小變化LL后，輸出相后，輸出相位變化位變化為為L(zhǎng)LRLRl212圖3-5調(diào)相電路電感式電感式三、自感式傳感器應(yīng)用舉例n圖圖3-63-6所示是一個(gè)測(cè)量尺寸用的螺線管式差動(dòng)自感式傳所示是一個(gè)測(cè)量尺寸用的螺線管式差動(dòng)自感式傳感器，輪廓尺寸感器，輪廓尺寸15 mm15 mm94 mm94 mm。測(cè)端。測(cè)端1010用螺紋擰在用螺紋擰在測(cè)桿測(cè)桿8 8上，測(cè)桿上，測(cè)桿8 8可在滾珠導(dǎo)軌可在滾珠導(dǎo)軌7 7上做軸向移動(dòng)。這里滾上做軸向移動(dòng)。這里滾珠有四排，每排珠有四排，每排8 8粒，尺寸和形狀誤差都小

12、于粒，尺寸和形狀誤差都小于0-6m0-6m。測(cè)桿的上端固定著銜鐵測(cè)桿的上端固定著銜鐵3 3，當(dāng)測(cè)桿移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)銜鐵在，當(dāng)測(cè)桿移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)銜鐵在電感線圈電感線圈4 4中移動(dòng)。中移動(dòng)。 圖3-6螺管式差動(dòng)自感式傳感器1引線電纜；2固定磁筒；3銜鐵；4線圈；5測(cè)力彈簧；6防轉(zhuǎn)銷；7鋼球?qū)к?直線軸承)；8測(cè)桿；9密封套；10測(cè)端；11被測(cè)工件；12基準(zhǔn)面電感式電感式電感式電感式n線圈線圈4 4置于鐵芯套筒置于鐵芯套筒2 2中，鐵芯材料是鐵氧體，型號(hào)為中，鐵芯材料是鐵氧體，型號(hào)為MX1000MX1000。線圈匝數(shù)為。線圈匝數(shù)為2 2800800，線徑，線徑0 013 mm13 mm，每個(gè)，每個(gè)電感約為

13、電感約為4 mH4 mH。測(cè)力由彈簧。測(cè)力由彈簧5 5產(chǎn)生，一般控制在產(chǎn)生，一般控制在0 020204 N4 N。防轉(zhuǎn)件。防轉(zhuǎn)件6 6用來(lái)限制測(cè)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，以提高示用來(lái)限制測(cè)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，以提高示值的重復(fù)性。密封套值的重復(fù)性。密封套9 9用來(lái)防止塵土進(jìn)入傳感器內(nèi)。用來(lái)防止塵土進(jìn)入傳感器內(nèi)。1 1為傳感器引線。外殼有標(biāo)準(zhǔn)直徑為傳感器引線。外殼有標(biāo)準(zhǔn)直徑8 mm8 mm和和15 mm15 mm兩兩個(gè)夾持部分，便于安裝在比較儀座上或有關(guān)儀器上使個(gè)夾持部分，便于安裝在比較儀座上或有關(guān)儀器上使用。用。 電感式電感式n圖圖3-73-7所示為一種氣體壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。被測(cè)所示為一種氣體壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖

14、。被測(cè)壓力壓力p p變化時(shí)，彈簧管的自由端產(chǎn)生位移，帶動(dòng)銜鐵移變化時(shí)，彈簧管的自由端產(chǎn)生位移，帶動(dòng)銜鐵移動(dòng)，使傳感器線圈動(dòng)，使傳感器線圈1 1、2 2中的自感值一個(gè)增加，一個(gè)減中的自感值一個(gè)增加，一個(gè)減小。線圈分別裝在兩個(gè)鐵芯上，其初始位置可用螺釘小。線圈分別裝在兩個(gè)鐵芯上，其初始位置可用螺釘來(lái)調(diào)節(jié)，也就是調(diào)整傳感器的機(jī)械零點(diǎn)。傳感器的整來(lái)調(diào)節(jié)，也就是調(diào)整傳感器的機(jī)械零點(diǎn)。傳感器的整個(gè)機(jī)芯裝在一個(gè)圓形的金屬盒內(nèi)，用接頭螺紋與被測(cè)個(gè)機(jī)芯裝在一個(gè)圓形的金屬盒內(nèi)，用接頭螺紋與被測(cè)對(duì)象相連接。對(duì)象相連接。圖3-7氣體壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理圖電感式電感式n1調(diào)機(jī)械零點(diǎn)螺釘；n2C型螺旋管；n3線圈1；4銜鐵

15、；n5線圈2任務(wù)二 差動(dòng)變壓器式傳感器n一、差動(dòng)變壓器的工作原理及結(jié)構(gòu)一、差動(dòng)變壓器的工作原理及結(jié)構(gòu)n互感式電感傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成線圈互感量的電互感式電感傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成線圈互感量的電子元件。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，子元件。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級(jí)繞組用差動(dòng)形式連接，故稱之為差動(dòng)變壓器并且次級(jí)繞組用差動(dòng)形式連接，故稱之為差動(dòng)變壓器式傳感器，簡(jiǎn)稱差動(dòng)變壓器。式傳感器，簡(jiǎn)稱差動(dòng)變壓器。n差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，如圖差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，如圖3 38 8所示，有變隙式、所示，有變隙式、螺線管式和變面積式等，但其工作原理基本一樣。螺線管式和變面積式等

16、，但其工作原理基本一樣。圖3-8差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖電感式電感式(電感式電感式na)變隙式差動(dòng)變壓器1；(b)變隙式差動(dòng)變壓器2；(c)螺線管式差動(dòng)變壓器1；n(d)螺線管式差動(dòng)變壓器2；(e)變面積式差動(dòng)變壓器1；(f)變面積式差動(dòng)變壓器2電感式電感式n螺線管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)如圖螺線管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)如圖3-93-9所示，它由活動(dòng)鐵芯、所示，它由活動(dòng)鐵芯、磁筒、骨架、初級(jí)線圈磁筒、骨架、初級(jí)線圈N1N1、兩個(gè)次級(jí)線圈、兩個(gè)次級(jí)線圈N2aN2a和和N2bN2b等等組成。組成。n螺線管式差動(dòng)變壓器中的兩個(gè)次級(jí)線圈反向串聯(lián)，在螺線管式差動(dòng)變壓器中的兩個(gè)次級(jí)線圈反向串聯(lián)，在理想情況下，忽略鐵損、導(dǎo)磁

17、體磁阻和理想情況下，忽略鐵損、導(dǎo)磁體磁阻和 圖3-9 螺線管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)11活動(dòng)銜鐵；活動(dòng)銜鐵；22導(dǎo)磁外殼；導(dǎo)磁外殼；33骨架；骨架；44初級(jí)繞組；初級(jí)繞組；5 5，66次級(jí)繞組次級(jí)繞組電感式電感式n線圈分布電容，其等效電路如圖線圈分布電容，其等效電路如圖3 31010所示。當(dāng)所示。當(dāng)初級(jí)線圈繞組加以適當(dāng)頻率的激勵(lì)電壓時(shí)，根據(jù)初級(jí)線圈繞組加以適當(dāng)頻率的激勵(lì)電壓時(shí)，根據(jù)變壓器的工作原理，在兩個(gè)次級(jí)繞組變壓器的工作原理，在兩個(gè)次級(jí)繞組N2aN2a和和N2bN2b中中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2a2a和和2b2b。12IMjEaa12IMjEbb式中：式中：Ma和和Mb為初級(jí)繞組與兩

18、個(gè)次級(jí)繞組為初級(jí)繞組與兩個(gè)次級(jí)繞組N2a和和N2b的互感；的互感；1為初級(jí)繞組中的電流，當(dāng)次級(jí)開(kāi)路時(shí)，為初級(jí)繞組中的電流，當(dāng)次級(jí)開(kāi)路時(shí)，有有1=1r1+jL1,其中其中1為初級(jí)繞組激勵(lì)電壓。為初級(jí)繞組激勵(lì)電壓。由于變壓器兩個(gè)次級(jí)繞組反向串聯(lián)，且考慮到次級(jí)由于變壓器兩個(gè)次級(jí)繞組反向串聯(lián)，且考慮到次級(jí)開(kāi)路，則開(kāi)路，則11122LjrUMMjEEUbaba圖310差動(dòng)變壓器等效電路圖3-10 （a）電感式電感式電感式電感式n如果變壓器結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，則當(dāng)活動(dòng)鐵芯處于初始平如果變壓器結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，則當(dāng)活動(dòng)鐵芯處于初始平衡位置時(shí)，使兩次級(jí)繞組磁回路的磁阻相等、磁通相衡位置時(shí)，使兩次級(jí)繞組磁回路的磁阻相等、

19、磁通相同、互感系數(shù)相同，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，有同、互感系數(shù)相同，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，有2a2a2b2b。因而因而2a-2b2a-2b0 0，即差動(dòng)變壓器輸出電壓為零。，即差動(dòng)變壓器輸出電壓為零。n當(dāng)活動(dòng)鐵芯向次級(jí)繞組當(dāng)活動(dòng)鐵芯向次級(jí)繞組N2aN2a方向移動(dòng)時(shí)，由于磁阻的影方向移動(dòng)時(shí)，由于磁阻的影響，響，N2aN2a中的磁通將大于中的磁通將大于N2bN2b中的磁通，使中的磁通，使MaMbMaMb，因而，因而2a2a增加，增加，2b2b減小；反之，減小；反之，2b2b增加，增加，2a2a減小。因?yàn)闇p小。因?yàn)?a-2a-2b2b，所以當(dāng)，所以當(dāng)2a2a和和2b2b隨著鐵芯位移隨著鐵芯位移xx變化時(shí)，也隨

20、變化時(shí)，也隨xx而變化。圖而變化。圖3 31111所示是差動(dòng)變壓器輸出電壓與活動(dòng)鐵所示是差動(dòng)變壓器輸出電壓與活動(dòng)鐵芯位移芯位移xx關(guān)系曲線。圖中實(shí)線為理論特性曲線，虛線關(guān)系曲線。圖中實(shí)線為理論特性曲線，虛線為實(shí)際特性曲線。為實(shí)際特性曲線。圖311差動(dòng)變壓器輸出特性曲線電感式電感式二、差動(dòng)變壓器的轉(zhuǎn)換電路n差動(dòng)變壓器式傳感器的轉(zhuǎn)換電路一般采用反串電路和差動(dòng)變壓器式傳感器的轉(zhuǎn)換電路一般采用反串電路和橋路兩種。橋路兩種。n反串電路是直接把兩個(gè)次級(jí)線圈反向串接，如圖反串電路是直接把兩個(gè)次級(jí)線圈反向串接，如圖3 31212所示。在這種情況下，空載輸出電壓等于兩個(gè)次級(jí)線所示。在這種情況下，空載輸出電壓等于

21、兩個(gè)次級(jí)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之差，即圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之差，即no o2a-2b(32a-2b(312)12)圖3-12反串電路電感式電感式n電橋電路如圖電橋電路如圖3 31313所示。圖所示。圖中中R1,R2R1,R2是橋臂電阻，是橋臂電阻，RPRP是調(diào)是調(diào)零電位器。暫時(shí)不考慮電位零電位器。暫時(shí)不考慮電位器，并設(shè)器，并設(shè)R1=R2R1=R2，則輸出電壓，則輸出電壓為為n可見(jiàn)，橋路的靈敏度是反串可見(jiàn)，橋路的靈敏度是反串電路的電路的1 12 2，其優(yōu)點(diǎn)是利用，其優(yōu)點(diǎn)是利用RPRP可進(jìn)行電學(xué)調(diào)零，不需要可進(jìn)行電學(xué)調(diào)零，不需要另外配置調(diào)零電路。此外，另外配置調(diào)零電路。此外，還可采用差動(dòng)整流電路轉(zhuǎn)換。還可采用差動(dòng)

22、整流電路轉(zhuǎn)換。2220baEEU圖3-13電橋電路電感式電感式三、差動(dòng)變壓器應(yīng)用舉例n差動(dòng)變壓器可以直接用于位移測(cè)量，也可以測(cè)量與位差動(dòng)變壓器可以直接用于位移測(cè)量，也可以測(cè)量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如力、力矩、壓力、振動(dòng)、加移有關(guān)的任何機(jī)械量，如力、力矩、壓力、振動(dòng)、加速度、液位等。下面介紹幾種應(yīng)用實(shí)例。速度、液位等。下面介紹幾種應(yīng)用實(shí)例。n1 1壓力的測(cè)量壓力的測(cè)量圖3-14差動(dòng)變壓器式壓力傳感器11接頭；接頭；22膜盒：膜盒：33底座底座; ;44線路板；線路板；55差動(dòng)變壓器線圈；差動(dòng)變壓器線圈；66銜鐵；銜鐵；77罩殼；罩殼；88插頭；插頭；99通孔通孔電感式電感式n差動(dòng)變壓器與彈性敏

23、感元件差動(dòng)變壓器與彈性敏感元件( (如膜片、膜盒和彈簧管等如膜片、膜盒和彈簧管等) )相結(jié)合，可以組成壓力傳感器。圖相結(jié)合，可以組成壓力傳感器。圖3 31414所示為差動(dòng)變所示為差動(dòng)變壓器式壓力傳感器，銜鐵壓器式壓力傳感器，銜鐵6 6固定在膜盒中心。在無(wú)壓力固定在膜盒中心。在無(wú)壓力作用時(shí)，膜盒作用時(shí)，膜盒2 2處于初始狀態(tài)，銜鐵處于初始狀態(tài)，銜鐵6 6位于差動(dòng)變壓器位于差動(dòng)變壓器線圈線圈5 5的中部，輸出電壓為零。當(dāng)被測(cè)壓力作用在膜盒的中部，輸出電壓為零。當(dāng)被測(cè)壓力作用在膜盒上使其發(fā)生膨脹時(shí)，銜鐵在差動(dòng)變壓器中移動(dòng)，差動(dòng)上使其發(fā)生膨脹時(shí)，銜鐵在差動(dòng)變壓器中移動(dòng)，差動(dòng)變壓器輸出正比于被測(cè)壓力的電

24、壓。變壓器輸出正比于被測(cè)壓力的電壓。n這種微壓力傳感器可測(cè)這種微壓力傳感器可測(cè)(-46)(-46)104Pa104Pa的壓力。的壓力。2加速度的測(cè)量n圖圖3 31515所示為差動(dòng)變壓器式加速度傳感器。質(zhì)量塊所示為差動(dòng)變壓器式加速度傳感器。質(zhì)量塊2 2的材料是導(dǎo)磁的，它由兩片片簧的材料是導(dǎo)磁的，它由兩片片簧1 1支撐，線圈與骨架固支撐，線圈與骨架固定在基座上。測(cè)量時(shí)，基座固定在被測(cè)體上，與被測(cè)定在基座上。測(cè)量時(shí)，基座固定在被測(cè)體上，與被測(cè)體一起運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量塊在彈簧片作用下相對(duì)線圈產(chǎn)生正體一起運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量塊在彈簧片作用下相對(duì)線圈產(chǎn)生正比于加速度的位移。因此，由測(cè)得的位移得知加速度。比于加速度的位移。因

25、此，由測(cè)得的位移得知加速度。圖3-15差動(dòng)變壓器式加速度傳感器11片簧；片簧；22質(zhì)量塊質(zhì)量塊任務(wù)三了解零點(diǎn)殘余電壓n由式由式(3-4)(3-4)經(jīng)簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)變換后可得自感傳感器交流電橋輸出電經(jīng)簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)變換后可得自感傳感器交流電橋輸出電壓為壓為n而差動(dòng)變壓器的輸出電壓如式而差動(dòng)變壓器的輸出電壓如式(3-12)(3-12)和式和式(3-13)(3-13)所示。理論上，所示。理論上，當(dāng)活動(dòng)鐵芯處于中間位置時(shí)，兩線圈阻抗相等，傳感器輸出電當(dāng)活動(dòng)鐵芯處于中間位置時(shí)，兩線圈阻抗相等，傳感器輸出電壓為零。然而實(shí)際上，由于傳感器的阻抗是復(fù)數(shù)阻抗，很難做壓為零。然而實(shí)際上，由于傳感器的阻抗是復(fù)數(shù)阻抗，很難做到兩

26、線圈電阻和電感完全相等，這就致使傳感器在鐵芯處于中到兩線圈電阻和電感完全相等，這就致使傳感器在鐵芯處于中間位置時(shí)，輸出電壓不為零。通常把傳感器在零位移時(shí)的這個(gè)間位置時(shí)，輸出電壓不為零。通常把傳感器在零位移時(shí)的這個(gè)輸出電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓。輸出電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓。 212102ZZZZuU電感式電感式n如圖如圖3-113-11所示，實(shí)際輸出所示，實(shí)際輸出n特性曲線和理論輸出特性曲線的差值就是零點(diǎn)殘余電特性曲線和理論輸出特性曲線的差值就是零點(diǎn)殘余電壓。零點(diǎn)殘余電壓過(guò)大，會(huì)使傳感器的靈敏度下降，壓。零點(diǎn)殘余電壓過(guò)大，會(huì)使傳感器的靈敏度下降，非線性誤差增大，不同檔位的放大倍數(shù)有顯著差別，非線性誤差增

27、大，不同檔位的放大倍數(shù)有顯著差別，甚至造成放大器末級(jí)趨于飽和，致使儀器電路不能正甚至造成放大器末級(jí)趨于飽和，致使儀器電路不能正常工作，甚至不再反映被測(cè)量的變化。在儀器的放大常工作，甚至不再反映被測(cè)量的變化。在儀器的放大倍數(shù)較大時(shí)，這點(diǎn)尤應(yīng)注意。倍數(shù)較大時(shí)，這點(diǎn)尤應(yīng)注意。n因此，零點(diǎn)殘余電壓的大小是判別傳感器質(zhì)量的重要因此，零點(diǎn)殘余電壓的大小是判別傳感器質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。在制造傳感器時(shí)，要規(guī)定其零點(diǎn)殘余電壓指標(biāo)之一。在制造傳感器時(shí)，要規(guī)定其零點(diǎn)殘余電壓不得超過(guò)某一定值。例如，某自感測(cè)位儀的傳感器，不得超過(guò)某一定值。例如，某自感測(cè)位儀的傳感器，其輸出信號(hào)經(jīng)其輸出信號(hào)經(jīng)200200倍放大后，在放大

28、器末級(jí)測(cè)量，零點(diǎn)倍放大后，在放大器末級(jí)測(cè)量，零點(diǎn)殘余電壓不得超過(guò)殘余電壓不得超過(guò)80mV80mV。儀器在使用過(guò)程中，若有跡。儀器在使用過(guò)程中，若有跡象表明傳感器的零點(diǎn)殘余電壓過(guò)大，就要進(jìn)行調(diào)整。象表明傳感器的零點(diǎn)殘余電壓過(guò)大，就要進(jìn)行調(diào)整。1產(chǎn)生零點(diǎn)殘余電壓的原因n1)1)由于兩個(gè)電感線圈的等效參數(shù)不對(duì)稱，使其輸出的由于兩個(gè)電感線圈的等效參數(shù)不對(duì)稱，使其輸出的基波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值和相位不同，調(diào)整磁心位置時(shí)，基波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值和相位不同，調(diào)整磁心位置時(shí)，也不能達(dá)到幅值和相位同時(shí)相同。也不能達(dá)到幅值和相位同時(shí)相同。n2)2)由于傳感器磁芯的磁化曲線是非線性的，所以在傳由于傳感器磁芯的磁化曲線是非

29、線性的，所以在傳感器線圈中產(chǎn)生高次諧波。而兩個(gè)線圈的非線性不一感器線圈中產(chǎn)生高次諧波。而兩個(gè)線圈的非線性不一致，使高次諧波不能互相抵消。致，使高次諧波不能互相抵消。2減小電感傳感器零點(diǎn)殘余電壓的措施n1)1)在設(shè)計(jì)和工藝上，要求做到磁路對(duì)稱、線圈對(duì)稱。在設(shè)計(jì)和工藝上，要求做到磁路對(duì)稱、線圈對(duì)稱。鐵芯材料要均勻，特性要一致。兩線圈繞制要均勻，鐵芯材料要均勻，特性要一致。兩線圈繞制要均勻，松緊一致。松緊一致。n2)2)采用拆圈的實(shí)驗(yàn)方法，調(diào)整兩個(gè)線圈的等效參數(shù)，采用拆圈的實(shí)驗(yàn)方法，調(diào)整兩個(gè)線圈的等效參數(shù)，使其盡量相同，以減小零點(diǎn)殘余電壓。使其盡量相同，以減小零點(diǎn)殘余電壓。n3)3)在電路上進(jìn)行補(bǔ)償

30、。補(bǔ)償方法主要有：加串聯(lián)電阻、在電路上進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償方法主要有：加串聯(lián)電阻、加并聯(lián)電容、加反饋電阻或反饋電容等。加并聯(lián)電容、加反饋電阻或反饋電容等。圖3-16所示是幾個(gè)補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的實(shí)例。圖316補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的電路電感式電感式電感式電感式n圖圖3-16(a)3-16(a)中在輸出端接入電位器中在輸出端接入電位器RPRP，電位器的動(dòng)點(diǎn)接，電位器的動(dòng)點(diǎn)接兩個(gè)次級(jí)側(cè)線圈的公共點(diǎn)。調(diào)節(jié)電位器，可使兩個(gè)次兩個(gè)次級(jí)側(cè)線圈的公共點(diǎn)。調(diào)節(jié)電位器，可使兩個(gè)次級(jí)線圈輸出電壓的大小和相位發(fā)生變化，從而使零點(diǎn)級(jí)線圈輸出電壓的大小和相位發(fā)生變化，從而使零點(diǎn)電壓為最小值。電壓為最小值。RPRP的電阻一般在的電阻一

31、般在10 k10 k左右。這種方左右。這種方法對(duì)基波正交分量有明顯的補(bǔ)償效果，但對(duì)高次諧波法對(duì)基波正交分量有明顯的補(bǔ)償效果，但對(duì)高次諧波無(wú)補(bǔ)償作用。如果并聯(lián)一只電容無(wú)補(bǔ)償作用。如果并聯(lián)一只電容C C，就可有效地補(bǔ)償高，就可有效地補(bǔ)償高次諧波分量，如圖次諧波分量，如圖3 316(b)16(b)所示。電容所示。電容C C的大小要適當(dāng)，的大小要適當(dāng)，常為常為0 01F1F以下，要通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。圖以下，要通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。圖3 316(c)16(c)中，中，串聯(lián)電阻串聯(lián)電阻R R調(diào)整次級(jí)線圈的調(diào)整次級(jí)線圈的n電阻值不平衡，并聯(lián)電容改變其中一個(gè)輸出電動(dòng)勢(shì)的電阻值不平衡，并聯(lián)電容改變其中一個(gè)輸出電動(dòng)勢(shì)的相位，

32、也能達(dá)到良好的零殘電壓補(bǔ)償作用。圖相位，也能達(dá)到良好的零殘電壓補(bǔ)償作用。圖3 316(d)16(d)中，接入中，接入R(R(幾百千歐幾百千歐) )減輕了兩個(gè)次級(jí)線圈的負(fù)載，可減輕了兩個(gè)次級(jí)線圈的負(fù)載，可以避免外接負(fù)載不是純電阻而引起較大的零殘電壓。以避免外接負(fù)載不是純電阻而引起較大的零殘電壓。任務(wù)四電渦流式傳感器n電渦流式傳感器是基于渦流效應(yīng)工作的。金屬導(dǎo)體置電渦流式傳感器是基于渦流效應(yīng)工作的。金屬導(dǎo)體置于交變磁場(chǎng)中，在導(dǎo)體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生呈渦流狀的感應(yīng)電流，于交變磁場(chǎng)中，在導(dǎo)體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生呈渦流狀的感應(yīng)電流，這種電流在導(dǎo)體內(nèi)是閉合的，所以稱之為電渦流。這這種電流在導(dǎo)體內(nèi)是閉合的，所以稱之為電渦流。這種現(xiàn)

33、象稱為渦流效應(yīng)。種現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。n如圖如圖3-173-17所示，所示，一、電渦流式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)一、電渦流式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)圖317電渦流作用原理圖把一個(gè)金屬導(dǎo)體置于線圈附近，把一個(gè)金屬導(dǎo)體置于線圈附近，當(dāng)線圈中通以交變電流當(dāng)線圈中通以交變電流1 1時(shí)，時(shí)，線圈的周?chē)臻g就產(chǎn)生了線圈的周?chē)臻g就產(chǎn)生了交變磁場(chǎng)交變磁場(chǎng)H1H1， 電感式電感式n處于此交變磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生渦流處于此交變磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生渦流2 2，此渦，此渦流將產(chǎn)生一個(gè)新的交變磁場(chǎng)流將產(chǎn)生一個(gè)新的交變磁場(chǎng)H2H2，H2H2的方向和的方向和H1H1的方向的方向相反，削弱了原磁場(chǎng)相反，削弱了原磁場(chǎng)H

34、1H1，從而導(dǎo)致線圈的電感量、阻，從而導(dǎo)致線圈的電感量、阻抗及品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化?？辜捌焚|(zhì)因數(shù)發(fā)生變化。n若把導(dǎo)體視為一個(gè)線圈，則導(dǎo)體與線圈可以等效為相若把導(dǎo)體視為一個(gè)線圈，則導(dǎo)體與線圈可以等效為相互耦合的兩個(gè)線圈，如圖互耦合的兩個(gè)線圈，如圖3-183-18所示。所示。圖3-18電渦流式傳感器等效電路電感式電感式n根據(jù)基爾霍夫定律，可以列出方程為根據(jù)基爾霍夫定律，可以列出方程為n式中：式中：R1R1、L1L1、1 1分別為線圈的電阻、電感和電流；分別為線圈的電阻、電感和電流；R2R2、L2L2、2 2分分別為金屬導(dǎo)體的電阻、電感和電流；別為金屬導(dǎo)體的電阻、電感和電流；1 1、分別為線圈激勵(lì)電源分

35、別為線圈激勵(lì)電源電壓和頻率；電壓和頻率；M M為導(dǎo)體與線圈之間的互感系數(shù)。為導(dǎo)體與線圈之間的互感系數(shù)。n解方程得解方程得012222121111MLjILjIRUMIjILjIR12222222222222212222222111ILRMRjMLILLRMLjRLRMRUI電感式電感式n由此得到線圈受到電渦流作用后的等效阻抗為由此得到線圈受到電渦流作用后的等效阻抗為n線圈的等效電阻、電感分別為線圈的等效電阻、電感分別為22222212222221LRMLLjLRMRRZ2222221LRMRRR2222221LRMLLL電感式電感式n由式由式(3(317)17)可知，線圈受到渦流的影響，其阻抗

36、的可知，線圈受到渦流的影響，其阻抗的實(shí)數(shù)部分增大，虛數(shù)部分減小，使得線圈的品質(zhì)因數(shù)實(shí)數(shù)部分增大，虛數(shù)部分減小，使得線圈的品質(zhì)因數(shù)下降。下降。n式中：式中：Q1Q1為無(wú)渦流影響時(shí)線圈的品質(zhì)因數(shù)；為無(wú)渦流影響時(shí)線圈的品質(zhì)因數(shù)；Z2Z2為金屬為金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生渦流部分的阻抗，導(dǎo)體中產(chǎn)生渦流部分的阻抗，Z2Z2R22+(L2)2R22+(L2)2。n由此可知，金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率由此可知，金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、磁導(dǎo)率，線圈激，線圈激勵(lì)電壓的頻率勵(lì)電壓的頻率及線圈與金屬導(dǎo)體之間的距離及線圈與金屬導(dǎo)體之間的距離x x都將都將導(dǎo)致線圈的阻抗、電感量及品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化，即導(dǎo)致線圈的阻抗、電感量及品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化

37、，即nZ=f(,x)(3Z=f(,x)(321)21)221222221222111ZRMRZLMLQQ電感式電感式n如果改變其中某個(gè)參數(shù)，而其他參數(shù)保持不變，即可如果改變其中某個(gè)參數(shù)，而其他參數(shù)保持不變，即可構(gòu)成關(guān)于這個(gè)參數(shù)的電渦流傳感器。構(gòu)成關(guān)于這個(gè)參數(shù)的電渦流傳感器。n事實(shí)上，由于趨膚效應(yīng)，渦流只存在于金屬導(dǎo)體的表事實(shí)上，由于趨膚效應(yīng)，渦流只存在于金屬導(dǎo)體的表面薄層中，其穿透深度面薄層中，其穿透深度h h可表示為可表示為n式中：式中：h h為趨膚深度；為趨膚深度；00、rr為空氣磁導(dǎo)率和金屬導(dǎo)為空氣磁導(dǎo)率和金屬導(dǎo)體相對(duì)磁導(dǎo)率；體相對(duì)磁導(dǎo)率；為導(dǎo)體的電阻率；為導(dǎo)體的電阻率；f f為激勵(lì)電源

38、頻率。為激勵(lì)電源頻率。n由上式可知，趨膚深度由上式可知，趨膚深度h h與激勵(lì)電源頻率與激勵(lì)電源頻率f f有關(guān)，頻率有關(guān)，頻率越高，渦流貫穿深度越高，渦流貫穿深度h h越??；反之，越??；反之，h h就越大。因此，就越大。因此，電渦流傳感器根據(jù)激勵(lì)電源頻率的高低，可以分為高電渦流傳感器根據(jù)激勵(lì)電源頻率的高低，可以分為高頻反射式和低頻透射式兩大類。頻反射式和低頻透射式兩大類。fhr0二、電渦流式傳感器的轉(zhuǎn)換電路n電渦流式傳感器的轉(zhuǎn)換電路主要有調(diào)頻式電路、調(diào)幅電渦流式傳感器的轉(zhuǎn)換電路主要有調(diào)頻式電路、調(diào)幅式電路和交流電橋式電路。式電路和交流電橋式電路。n圖圖3-193-19調(diào)頻式電路原理圖調(diào)頻式電路原

39、理圖1調(diào)頻式電路n圖圖3-193-19所示的為調(diào)頻式電路原理圖。該轉(zhuǎn)換電路由電所示的為調(diào)頻式電路原理圖。該轉(zhuǎn)換電路由電容三點(diǎn)式振蕩器和射極輸出器兩部分組成。容三點(diǎn)式振蕩器和射極輸出器兩部分組成。n振蕩器由晶體管振蕩器由晶體管VT1VT1、電容、電容C C、C2C2、C3C3和電渦流傳感器和電渦流傳感器線圈線圈L L構(gòu)成。當(dāng)被測(cè)量變化引起傳感器線圈的電感量變構(gòu)成。當(dāng)被測(cè)量變化引起傳感器線圈的電感量變化時(shí)，振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生相應(yīng)變化，從而實(shí)現(xiàn)化時(shí)，振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生相應(yīng)變化，從而實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。頻率調(diào)制。電感式電感式n射極輸出器由晶體管射極輸出器由晶體管VT2VT2和設(shè)計(jì)電阻和設(shè)計(jì)電阻R6R

40、6等元件構(gòu)成，起等元件構(gòu)成，起阻抗匹配作用。使用這種調(diào)頻式轉(zhuǎn)換電路，傳感器輸阻抗匹配作用。使用這種調(diào)頻式轉(zhuǎn)換電路，傳感器輸出電纜的分布電容的影響是不能忽略的。它會(huì)使振蕩出電纜的分布電容的影響是不能忽略的。它會(huì)使振蕩器的頻率發(fā)生變化，從而影響測(cè)量結(jié)果。因此，通常器的頻率發(fā)生變化，從而影響測(cè)量結(jié)果。因此，通常將將L L、C C裝在傳感器內(nèi)部。這樣電纜的分布電容并聯(lián)在裝在傳感器內(nèi)部。這樣電纜的分布電容并聯(lián)在大電容大電容C2C2、C3C3上，因而對(duì)振蕩器頻率的影響就大大減上，因而對(duì)振蕩器頻率的影響就大大減小。小。2調(diào)幅式電路n圖圖3-203-20所示為調(diào)幅式電路原理圖。傳感器線圈所示為調(diào)幅式電路原理圖

41、。傳感器線圈L L和電容器和電容器C C并并聯(lián)組成諧振回路，石英晶體振蕩器給諧振回路提供一個(gè)高頻聯(lián)組成諧振回路，石英晶體振蕩器給諧振回路提供一個(gè)高頻激勵(lì)電流信號(hào)。激勵(lì)電流信號(hào)。LCLC回路輸出電壓為回路輸出電壓為n式中：式中：i0i0為高頻激勵(lì)電流；為高頻激勵(lì)電流；Z Z為為L(zhǎng)CLC回路的阻抗?；芈返淖杩?。 ZfiU00圖3-20調(diào)幅式電路原理圖電感式電感式3交流電橋式電路n圖圖3 32121所示為交流電橋電路原理圖。圖中所示為交流電橋電路原理圖。圖中Z1Z1、Z2Z2為差為差動(dòng)式傳感器的兩個(gè)線圈，它們與電容動(dòng)式傳感器的兩個(gè)線圈，它們與電容C1C1、C2C2，電阻，電阻R1R1、R2R2組成四

42、臂電橋。橋路輸出電壓幅值隨傳感器線圈阻組成四臂電橋。橋路輸出電壓幅值隨傳感器線圈阻抗的變化而變化?？沟淖兓兓D3-21交流電橋電路原理圖電感式電感式三、電渦流式傳感器的應(yīng)用n電渦流式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度較高、測(cè)量范圍大、抗干擾能力強(qiáng)、易于進(jìn)行非接觸的連續(xù)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛的應(yīng)用。圖3-22汽輪機(jī)主軸的軸向位移測(cè)量示意圖1基座；2旋轉(zhuǎn)設(shè)備（汽輪機(jī)）；3聯(lián)軸器；4主軸；5電渦流探頭；6發(fā)電機(jī)1位移測(cè)量n電渦流式傳感器可以測(cè)量各種形式的位移量。如圖電渦流式傳感器可以測(cè)量各種形式的位移量。如圖3-3-2222所示為汽輪機(jī)主軸的軸向位移測(cè)量示意圖。聯(lián)軸所示為汽輪機(jī)主軸的軸向位移測(cè)量示意

43、圖。聯(lián)軸器安裝在汽輪機(jī)的主軸上，高頻反射式電渦流式傳感器安裝在汽輪機(jī)的主軸上，高頻反射式電渦流式傳感器置于聯(lián)軸器附近。當(dāng)汽輪機(jī)主軸沿軸向存在位移時(shí)，器置于聯(lián)軸器附近。當(dāng)汽輪機(jī)主軸沿軸向存在位移時(shí)，傳感器線圈與聯(lián)軸器傳感器線圈與聯(lián)軸器( (金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體) )的距離發(fā)生變化，引的距離發(fā)生變化，引起線圈阻抗變化，從而使傳感器的輸出發(fā)生改變。根起線圈阻抗變化，從而使傳感器的輸出發(fā)生改變。根據(jù)傳感器的輸出即可測(cè)得汽輪機(jī)主軸沿軸向的位移量據(jù)傳感器的輸出即可測(cè)得汽輪機(jī)主軸沿軸向的位移量( (軸向竄動(dòng)軸向竄動(dòng)) )。如將電渦流式傳感器安置在主軸的徑向。如將電渦流式傳感器安置在主軸的徑向位置，則可測(cè)量主軸的

44、徑向跳動(dòng)。位置，則可測(cè)量主軸的徑向跳動(dòng)。2厚度測(cè)量n圖圖3-233-23所示為高頻反射式渦流測(cè)厚儀測(cè)試系統(tǒng)原理圖。所示為高頻反射式渦流測(cè)厚儀測(cè)試系統(tǒng)原理圖。為了克服帶材為了克服帶材不夠平整或運(yùn)不夠平整或運(yùn)行過(guò)程中上行過(guò)程中上下波動(dòng)的影響，下波動(dòng)的影響，在帶材的上、下兩側(cè)在帶材的上、下兩側(cè)對(duì)稱地設(shè)置了兩個(gè)特性對(duì)稱地設(shè)置了兩個(gè)特性完全相同的渦流傳感器完全相同的渦流傳感器S1S1、S2S2。S1S1、S2S2與被測(cè)帶材表面之間的距離分別為與被測(cè)帶材表面之間的距離分別為x1x1和和x2x2。 圖323n若帶材厚度不變，則被測(cè)帶材上、下表面之間的距離若帶材厚度不變，則被測(cè)帶材上、下表面之間的距離總有總有

45、x1+x2x1+x2常數(shù)的關(guān)系存在。兩傳感器的輸出電壓之常數(shù)的關(guān)系存在。兩傳感器的輸出電壓之和為和為2Uo2Uo數(shù)值不變。如果被測(cè)帶材厚度改變量為數(shù)值不變。如果被測(cè)帶材厚度改變量為，則兩傳感器與帶材之間的距離也改變了一個(gè)則兩傳感器與帶材之間的距離也改變了一個(gè)，兩，兩傳感器的輸出電壓此時(shí)為傳感器的輸出電壓此時(shí)為2Uo+UoU2Uo+UoU經(jīng)放大器放大后，經(jīng)放大器放大后，通過(guò)指示儀表電路即可指示出帶材的厚度變化值。帶通過(guò)指示儀表電路即可指示出帶材的厚度變化值。帶材厚度給定值與偏差指示值的代數(shù)和就是被測(cè)帶材的材厚度給定值與偏差指示值的代數(shù)和就是被測(cè)帶材的厚度。厚度。3.轉(zhuǎn)速測(cè)量n如圖如圖3 3242

46、4所示，在與被測(cè)物體同軸安裝的測(cè)量輪上開(kāi)所示，在與被測(cè)物體同軸安裝的測(cè)量輪上開(kāi)有一個(gè)或幾個(gè)凹槽，或者是凸起的齒，將電渦流式傳有一個(gè)或幾個(gè)凹槽，或者是凸起的齒，將電渦流式傳感器安置在測(cè)量輪附近，測(cè)量輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，傳感感器安置在測(cè)量輪附近，測(cè)量輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，傳感器線圈與導(dǎo)體之間的距離有規(guī)律地變化，根據(jù)輸出信器線圈與導(dǎo)體之間的距離有規(guī)律地變化，根據(jù)輸出信號(hào)的頻率號(hào)的頻率f f即可得到被測(cè)旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速即可得到被測(cè)旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速n n，n n60f60fZ Z。其中，其中，Z Z為凹槽數(shù)或者凸起齒的齒數(shù)。為凹槽數(shù)或者凸起齒的齒數(shù)。圖3-24轉(zhuǎn)速測(cè)量任務(wù)五壓磁式傳感器n壓磁式傳感器是基于壓磁效應(yīng)工作的。

47、壓磁效應(yīng)是磁壓磁式傳感器是基于壓磁效應(yīng)工作的。壓磁效應(yīng)是磁致伸縮逆效應(yīng)。致伸縮逆效應(yīng)。n一、壓磁效應(yīng)一、壓磁效應(yīng)1磁致伸縮效應(yīng)n某些鐵磁體及其合金，以及某些鐵氧體在外磁場(chǎng)作用某些鐵磁體及其合金，以及某些鐵氧體在外磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生機(jī)械變形的現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)或稱焦耳效下產(chǎn)生機(jī)械變形的現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)或稱焦耳效應(yīng)。它是由于這些強(qiáng)磁性體內(nèi)部的磁疇在其自發(fā)磁化應(yīng)。它是由于這些強(qiáng)磁性體內(nèi)部的磁疇在其自發(fā)磁化方向的長(zhǎng)度與其他方向是不同的，在沒(méi)有外磁場(chǎng)作用方向的長(zhǎng)度與其他方向是不同的，在沒(méi)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，各個(gè)磁疇排列雜亂，磁化均衡，當(dāng)有外加磁場(chǎng)時(shí)，時(shí)，各個(gè)磁疇排列雜亂，磁化均衡，當(dāng)有外加磁場(chǎng)時(shí)，均衡被破

48、壞，各個(gè)磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)，使它們的磁化方向盡量均衡被破壞，各個(gè)磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)，使它們的磁化方向盡量轉(zhuǎn)到與外磁場(chǎng)相一致，因而磁性體沿外磁場(chǎng)方向的長(zhǎng)轉(zhuǎn)到與外磁場(chǎng)相一致，因而磁性體沿外磁場(chǎng)方向的長(zhǎng)度發(fā)生變化。其伸縮量一般很小，約度發(fā)生變化。其伸縮量一般很小，約10-510-510-610-6。具。具有磁致伸縮效應(yīng)的磁性材料有硅鋼片、坡莫合金等。有磁致伸縮效應(yīng)的磁性材料有硅鋼片、坡莫合金等。2壓磁效應(yīng)n磁致伸縮材料在外力磁致伸縮材料在外力( (或應(yīng)力、應(yīng)變或應(yīng)力、應(yīng)變) )作用下，引起內(nèi)作用下，引起內(nèi)部發(fā)生形變，產(chǎn)生應(yīng)力，使各磁疇之間的界限發(fā)生移部發(fā)生形變，產(chǎn)生應(yīng)力，使各磁疇之間的界限發(fā)生移動(dòng)，磁疇磁化強(qiáng)度矢量轉(zhuǎn)動(dòng)

49、，從而使材料的磁化強(qiáng)度動(dòng)，磁疇磁化強(qiáng)度矢量轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使材料的磁化強(qiáng)度和磁導(dǎo)率發(fā)生相應(yīng)的變化。這種由于應(yīng)力使磁性材料和磁導(dǎo)率發(fā)生相應(yīng)的變化。這種由于應(yīng)力使磁性材料磁性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓磁效應(yīng)，也稱逆磁致伸磁性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓磁效應(yīng)，也稱逆磁致伸縮效應(yīng)?？s效應(yīng)。n壓磁材料受壓力時(shí)，在作用力方向磁導(dǎo)率減小，而在壓磁材料受壓力時(shí)，在作用力方向磁導(dǎo)率減小，而在與作用力垂直的方向磁導(dǎo)率略有增大；作用力是拉力，與作用力垂直的方向磁導(dǎo)率略有增大；作用力是拉力，結(jié)果相反。作用力取消后，磁導(dǎo)率恢復(fù)原值。其壓磁結(jié)果相反。作用力取消后，磁導(dǎo)率恢復(fù)原值。其壓磁效應(yīng)還與外磁場(chǎng)有關(guān)。效應(yīng)還與外磁場(chǎng)有關(guān)。3壓磁元件

50、n壓磁式傳感器的核心是壓磁元件，它實(shí)際上是一個(gè)力壓磁式傳感器的核心是壓磁元件，它實(shí)際上是一個(gè)力電轉(zhuǎn)換元件。壓磁元件常用的材料有硅鋼片、坡莫電轉(zhuǎn)換元件。壓磁元件常用的材料有硅鋼片、坡莫合金等。為了減小渦流損耗，壓磁元件的鐵芯大都采合金等。為了減小渦流損耗，壓磁元件的鐵芯大都采用薄片的鐵磁材料疊合而成。用薄片的鐵磁材料疊合而成。n利用壓磁效應(yīng)制成壓磁式傳感器，可以用來(lái)測(cè)量拉力、利用壓磁效應(yīng)制成壓磁式傳感器，可以用來(lái)測(cè)量拉力、壓力、重量、力矩和彎矩等物理量。壓力、重量、力矩和彎矩等物理量。二、壓磁式傳感器的結(jié)構(gòu)及原理n壓磁式傳感器又稱為磁彈性傳感器，按照其工作原理，壓磁式傳感器又稱為磁彈性傳感器，按

51、照其工作原理，可以分為阻流圈式、變壓器式、橋式等幾種結(jié)構(gòu)形式，可以分為阻流圈式、變壓器式、橋式等幾種結(jié)構(gòu)形式，其中阻流圈式、變壓器式應(yīng)用較多。其中阻流圈式、變壓器式應(yīng)用較多。1.阻流圈式壓磁式傳感器n如圖如圖3 32525所示，阻流圈式壓磁式傳感器只有一個(gè)線圈，所示，阻流圈式壓磁式傳感器只有一個(gè)線圈，這個(gè)線圈既作為激勵(lì)線圈也作為測(cè)量線圈。這個(gè)線圈既作為激勵(lì)線圈也作為測(cè)量線圈。 n給線圈通以交流電，鐵芯在外力給線圈通以交流電，鐵芯在外力F F作用下，作用下，n其磁導(dǎo)率發(fā)生變化，其磁導(dǎo)率發(fā)生變化，n磁阻和磁通也相應(yīng)地發(fā)生變化，使線圈的阻抗磁阻和磁通也相應(yīng)地發(fā)生變化，使線圈的阻抗n發(fā)生變化，引起線圈

52、中的電流變化。發(fā)生變化，引起線圈中的電流變化。n阻流圈式壓磁式傳感器可以用來(lái)測(cè)量壓力，阻流圈式壓磁式傳感器可以用來(lái)測(cè)量壓力，n其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可靠。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可靠。圖3-25阻流圈式壓磁式傳感器原理圖 阻流圈式壓磁式傳感器原理圖 2變壓器式壓磁式傳感器n變壓器式壓磁式傳感器有兩組線圈，一組是激勵(lì)線圈，變壓器式壓磁式傳感器有兩組線圈，一組是激勵(lì)線圈，另一組是測(cè)量線圈，它們之間通過(guò)磁進(jìn)行耦合。激勵(lì)另一組是測(cè)量線圈，它們之間通過(guò)磁進(jìn)行耦合。激勵(lì)線圈和測(cè)量線圈都繞在壓磁元件上。壓磁元件是由鐵線圈和測(cè)量線圈都繞在壓磁元件上。壓磁元件是由鐵磁材料薄片用膠黏劑黏結(jié)而成。如圖磁材料薄片用膠黏

53、劑黏結(jié)而成。如圖3 32626所示為變壓所示為變壓器式壓磁式傳感器原理圖。器式壓磁式傳感器原理圖。圖3-26變壓器式壓磁式傳感器原理圖變壓器式壓磁式傳感器原理變壓器式壓磁式傳感器原理圖n將硅鋼片沖壓成一定的形狀，中間有四個(gè)對(duì)稱的沖孔將硅鋼片沖壓成一定的形狀，中間有四個(gè)對(duì)稱的沖孔A A、B B、C C、D D，在四個(gè)沖孔中繞有兩個(gè)正交的線圈。，在四個(gè)沖孔中繞有兩個(gè)正交的線圈。A A、B B孔孔中是激勵(lì)線圈，中是激勵(lì)線圈，C C、D D孔中是測(cè)量線圈，它與測(cè)量電路孔中是測(cè)量線圈，它與測(cè)量電路相連。在激勵(lì)線圈中通以穩(wěn)定的交變激勵(lì)電流，當(dāng)壓相連。在激勵(lì)線圈中通以穩(wěn)定的交變激勵(lì)電流，當(dāng)壓磁元件不受外力作

54、用時(shí)，由于鐵芯的各向同性，激勵(lì)磁元件不受外力作用時(shí)，由于鐵芯的各向同性，激勵(lì)線圈產(chǎn)生同心圓狀的磁場(chǎng)，其磁力線不與測(cè)量線圈交線圈產(chǎn)生同心圓狀的磁場(chǎng)，其磁力線不與測(cè)量線圈交鏈，測(cè)量線圈輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。鏈，測(cè)量線圈輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。變壓器式壓磁式傳感器原理圖n當(dāng)壓磁元件受到外力作用后，沿外力的作用方向磁導(dǎo)當(dāng)壓磁元件受到外力作用后，沿外力的作用方向磁導(dǎo)率下降，而垂直于作用力方向磁導(dǎo)率則增大，磁力線率下降，而垂直于作用力方向磁導(dǎo)率則增大，磁力線便成橢圓形，一部分磁力線通過(guò)便成橢圓形，一部分磁力線通過(guò)C C、D D線圈，從而產(chǎn)生線圈，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。外作用力越大，與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。外作用力越大，

55、與C C、D D交鏈的磁通越多，交鏈的磁通越多，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大。3橋式壓磁式傳感器n橋式壓磁式傳感器由兩個(gè)垂直交叉放置的鐵芯構(gòu)成，橋式壓磁式傳感器由兩個(gè)垂直交叉放置的鐵芯構(gòu)成，在兩個(gè)鐵芯上分別繞有激勵(lì)線圈在兩個(gè)鐵芯上分別繞有激勵(lì)線圈P1P1、P2P2和測(cè)量線圈和測(cè)量線圈S1S1、S2S2，其中，其中P1P2P1P2沿軸線，沿軸線，S1S2S1S2沿垂直于軸線方向放置，沿垂直于軸線方向放置，圖圖3 32727所示為橋式壓磁式扭矩傳感器原理圖。所示為橋式壓磁式扭矩傳感器原理圖。 圖327橋式壓磁式扭矩傳感器原理圖n兩個(gè)鐵芯的開(kāi)口端與轉(zhuǎn)軸表面保持兩個(gè)鐵芯的開(kāi)口端與轉(zhuǎn)軸表面保持1 12 mm2 mm空隙，當(dāng)空隙，當(dāng)P1P2P1P2線圈通入交流電，