電氣測試技術(shù)第六章

1、第二篇第二篇 常用傳感器的原理及應(yīng)用常用傳感器的原理及應(yīng)用1.1.掌握三種電感式傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)性能掌握三種電感式傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)性能 2.2.掌握其測量電路掌握其測量電路3.3.了解電感式傳感器的應(yīng)用了解電感式傳感器的應(yīng)用第第6章章 電感式傳感器電感式傳感器 電感式傳感器是基于電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理電磁感應(yīng)原理，它是把被，它是把被測量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。常用來測量位移、測量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。常用來測量位移、壓力、流量、振動(dòng)等物理參數(shù)。壓力、流量、振動(dòng)等物理參數(shù)。分類分類: :電感式傳感器電感式傳感器自感型自感型可變磁阻型可變磁阻型渦流式渦流式互感型互感型6.1 自感

2、式電感傳感器自感式電感傳感器 1 1、工作原理工作原理可變磁阻式可變磁阻式 202AWL 原理原理: :電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)自感自感L L與氣隙與氣隙成反比，而與成反比，而與氣隙導(dǎo)磁截面氣隙導(dǎo)磁截面積積A A成正比。成正比。 變氣隙式自感傳感器變氣隙式自感傳感器2022AWddLS 靈靈敏敏度度：L0L0021S 輸出特性非線性輸出特性非線性；為獲得較高靈敏度，氣隙的初始值；為獲得較高靈敏度，氣隙的初始值0 0不宜過大。不宜過大。 為獲得較好的線性關(guān)系，須限制測量范圍，使銜鐵位移為獲得較好的線性關(guān)系，須限制測量范圍，使銜鐵位移在較小范圍內(nèi)變化，在較小范圍內(nèi)變化，( ( 0 0 ),),一般取一般取

3、 =(0.1=(0.10.2)0.2)0 0 變氣隙式傳感器適用于微小位移的測量，測量范圍：變氣隙式傳感器適用于微小位移的測量，測量范圍：0.0010.0011 1mmmm。變面積式自感傳感器變面積式自感傳感器 AA常常數(shù)數(shù)靈靈敏敏度度：202WdAdLS 輸出特性為線性，因此測量范圍大。輸出特性為線性，因此測量范圍大。 要提高靈敏度，氣隙厚度要提高靈敏度，氣隙厚度 不能過大。不能過大。螺管式自感傳感器螺管式自感傳感器結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，但靈敏度低，適用于較大結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，但靈敏度低，適用于較大位移位移( (數(shù)毫米數(shù)毫米) )測量。測量。 工作原理工作原理：當(dāng)鐵芯在線圈：當(dāng)鐵芯在線圈中運(yùn)

4、動(dòng)時(shí)，將改變中運(yùn)動(dòng)時(shí)，將改變磁阻磁阻，使線圈自感發(fā)生變化。使線圈自感發(fā)生變化。 2 2、差動(dòng)式自感傳感器差動(dòng)式自感傳感器 兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的自感線圈組合在一起形成差兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的自感線圈組合在一起形成差動(dòng)結(jié)構(gòu)，可提高靈敏度，改善輸出特性的非線性，動(dòng)結(jié)構(gòu)，可提高靈敏度，改善輸出特性的非線性，實(shí)際中常用。實(shí)際中常用。102111)(2LAWLLL102221)(2LAWLLL3211LL3221LL當(dāng)當(dāng)/ / 11時(shí)，可將上式展開成級數(shù)：時(shí)，可將上式展開成級數(shù)：LLLLL2124221LLS23211LL3221LL差動(dòng)方式時(shí)：差動(dòng)方式時(shí)：靈敏度：靈敏度：為原來的兩倍。為原來的兩倍。比較：比較

5、：顯然，若不考慮包括顯然，若不考慮包括2 2次項(xiàng)以上的高次項(xiàng)，則次項(xiàng)以上的高次項(xiàng)，則 成成比例關(guān)系，因此高次項(xiàng)的存在是造成非線性的原因。比例關(guān)系，因此高次項(xiàng)的存在是造成非線性的原因。 與L當(dāng)氣隙相對變化當(dāng)氣隙相對變化/ / 1(lMHz)lMHz)激勵(lì)電流激勵(lì)電流高頻反射式渦流傳高頻反射式渦流傳感器多用于位移及感器多用于位移及與位移相關(guān)的厚度、與位移相關(guān)的厚度、振動(dòng)等測量。振動(dòng)等測量。低頻透射式電渦流式傳感器：低頻透射式電渦流式傳感器： 低頻透射式渦流傳低頻透射式渦流傳感器多用于測定材感器多用于測定材料厚度。料厚度。音頻音頻( 20kHz)激勵(lì)電流激勵(lì)電流原理簡化模型原理簡化模型：線圈與被測導(dǎo)

6、體等效為相互耦合的線圈與被測導(dǎo)體等效為相互耦合的兩個(gè)線圈。兩個(gè)線圈。電渦流式傳感器的基本特性：電渦流式傳感器的基本特性： u基本特性基本特性渦流形成范圍渦流形成范圍: :徑向?yàn)榫€圈外徑的徑向?yàn)榫€圈外徑的1.81.82.52.5倍，倍，且分布不均勻；渦流貫穿深度有限，深度一般且分布不均勻；渦流貫穿深度有限，深度一般可用經(jīng)驗(yàn)公式求得可用經(jīng)驗(yàn)公式求得渦流強(qiáng)度與渦流強(qiáng)度與x x的關(guān)系：非線性特性，的關(guān)系：非線性特性， x/Rx/R1 1可可改善線性，提高靈敏度。改善線性，提高靈敏度。fkh 一般要求，被測金屬的最小尺寸大于傳感器線圈直一般要求，被測金屬的最小尺寸大于傳感器線圈直徑的徑的2 2倍；被測物

7、為圓柱體時(shí)，其直徑要求大于線圈倍；被測物為圓柱體時(shí)，其直徑要求大于線圈直徑的直徑的3.53.5倍。倍。2 2、測量電路：、測量電路：諧振電路諧振電路 傳感器線圈傳感器線圈L L與電容與電容C C 共同組成并聯(lián)諧振回路，諧共同組成并聯(lián)諧振回路，諧振頻率為：振頻率為：LCf21線圈等效電感改變，必然導(dǎo)致回路阻抗或諧振頻率變線圈等效電感改變，必然導(dǎo)致回路阻抗或諧振頻率變化，化，從而從而可間接測量被測參數(shù)，對應(yīng)測量電路：可間接測量被測參數(shù)，對應(yīng)測量電路：調(diào)幅電路調(diào)幅電路調(diào)頻電路調(diào)頻電路調(diào)幅電路調(diào)幅電路傳感器由振蕩器提供高頻電源，當(dāng)傳感器諧振頻率傳感器由振蕩器提供高頻電源，當(dāng)傳感器諧振頻率與電源頻率相同

8、時(shí)，輸出電壓與電源頻率相同時(shí)，輸出電壓u u最大。最大。 測量時(shí)，傳感器等效電感隨測量時(shí)，傳感器等效電感隨x x而改變，而改變，LCLC回路失諧，回路失諧，輸出信號頻率雖仍為電源頻率，但幅值隨輸出信號頻率雖仍為電源頻率，但幅值隨x x變化，即變化，即x x對輸出信號存在調(diào)幅作用。對輸出信號存在調(diào)幅作用。調(diào)頻電路調(diào)頻電路 以以LCLC振蕩回路的諧振頻率作為輸出量振蕩回路的諧振頻率作為輸出量。 鑒頻器：將調(diào)頻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。鑒頻器：將調(diào)頻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。 電渦流式傳感器的特點(diǎn)電渦流式傳感器的特點(diǎn) 非接觸測量，抗干擾能力強(qiáng)非接觸測量，抗干擾能力強(qiáng) 靈敏度高靈敏度高 分辨力高，位移檢測范圍：分辨力高，位移檢測范圍： 1 1mmmm 1010mmmm， 最高分辨力可達(dá)最高分辨力可達(dá)0.1%0.1%。 結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，不受油液等介質(zhì)影響結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，不受油液等介質(zhì)影響 6.4 電感式傳感器的應(yīng)用電感式傳感器的應(yīng)用 電感式接近傳感器（接近開關(guān)）電感式接近傳感器（接近開關(guān)） 互感式傳感器測量板材厚度互感式傳感器測量板材厚度電渦流式傳感器典型應(yīng)用電渦流式傳感器典型應(yīng)用無損