電感式傳感器討論課要點

1、電感式傳感器討論課要點作者:日期:電感式傳感器的基本原理及典型應用指導教師：邊輝 班 級：機電一班 小組成員:撰寫時間：2015.06.07摘要本文主要介紹了基于自感原理的電感式傳感器，采用互感原理的互感式傳感器的差動變壓器式傳感器和電渦流式傳感器。 分別介紹了一下它們的工作原理和優(yōu)點及缺點。因其結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應快、易 實現(xiàn)非接觸測量等突出的優(yōu)點，目前在冶金、石油、化工、煤炭、水 泥、糧食等行業(yè)中應用廣泛。3.6.摘要、自感式傳感器:1. 氣隙型電感式傳感器2.螺管式電感傳感器8.3.電感線圈的等效電路.8.5.傳感器應用9.二、差動變壓器101.結(jié)構(gòu)和工作原理102.基本特性103.測量電

2、路114.差動變壓器的應用,1.1三、電渦流式傳感器131.電渦流式傳感器的工作原理132.高頻反射式高頻反射式電渦流傳感器1415153.測量電路 4.電渦流式傳感器的應用刖言電感式傳感器是基于電磁感應原理，利用線圈自感或互感的變化來實現(xiàn)非電量電測的一種裝置。利用這種轉(zhuǎn)換原理，可以測量位移、 振動、壓力、應變、流量、密度等參數(shù)電感式傳感器具有以下優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠;靈敏，分辨率高（位移變化可達 0.01 m）;零點穩(wěn)定，漂移最小可達0.1 a m;測量精度高，線性好（非線性誤差可達 0.05%0.1%）;輸出功率大，即使不用放大器，一般也有（0.15） V/mm的輸出值，且性能穩(wěn)定。電

3、感式傳感器的主要缺點：頻率響應較低，不宜用于快速動態(tài)信號的測量；分辨率和示值誤差與測量范圍有關(guān)，j測量范圍愈大分辨率I r和示值精度相應降低；存在交流零位信號。sea 89鐵芯感式傳感器是基于自電感式傳感器的種類有很多，通常所說的電i感原理的自感式傳感器；而采用互感原理的互感式傳感器有差動變壓器式傳感器（利用變壓器原理，且往往做成差感器。流式i電感式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應快、易實現(xiàn)非接觸測量等 突出的優(yōu)點，特別適合用于酸類，堿類，氯化物，有機溶劑，液態(tài)CO2，氨水，PVC粉料，灰料，油水界面等液位測量，目前在冶金、 石油、化工、煤炭、水泥、糧食等行業(yè)中應用廣泛。、自感式傳感器:1. 氣隙

4、型電感式傳感器（1）工作原理線圈電感為：LW2/Rmi磁路總磁阻為:RmhI1 S2S2oS故:L W2/丄iSi2S2 0S由于電感式傳感器的鐵芯磁導率遠大于空氣磁導率，故:2L W oS(2)特性分析：其特性曲線:可以看出： 當氣隙發(fā)生變化，電感的變化與氣隙變化呈非線性關(guān)系，其非線性程度隨氣隙相對變化增大而增大。 氣隙減小所引起的電感變化與同樣的氣隙增大引起的電感變化并不相等。2. 螺管式電感傳感器（1）原理： 經(jīng)過推導得:L 4 AW 10 7（h）不難看出，其有測量范圍大，數(shù)百毫米，靈敏度低，大量程直線位移特點。3. 電感線圈的等效電路電感線圈的等效電路（如圖）LC匕4. 測量電路它的

5、作用是將床干起線圈電感或交流電橋是電感式傳感器和電容式傳感器的主要測量電路, 傳感器電容的變化轉(zhuǎn)換為橋路的電壓或者電流輸出。常用工作電路有： 單臂工作 雙臂工作（差動形式）F圖是常用雙臂工作示意圖:則有U0 UAC Z UAC2 Z 2 Ro j LoUAC L2 Lo5. 傳感器應用可用于靜態(tài)和動態(tài)測量。測量的基本量是位移，也可電感式傳感器一般用于接觸測量， 以用于振動、壓力、荷重、流量、液位等參數(shù)測量。常用有：電感測微儀、電感壓力傳感器等。、差動變壓器1.結(jié)構(gòu)和工作原理1-1所示（為三段式差動變壓器）。線 P和次級線圈（相當于變壓器的副邊）S1、1.1結(jié)構(gòu)差動變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)主要為螺管

6、型，如圖 圈由初級線圈（激勵線圈，相當于變壓器原邊） S2組成；線圈中心插入圓柱形鐵芯（銜鐵）圖1-1差動變壓圖1-21.2工作原理差動變壓器的兩個次級線圈反相串接,1-2所示。差動變壓其電氣連接如圖器工作原理與一般變壓器的工作原理是一致的，所不同之處在于：一般變壓器是閉合磁路，而差動變壓器是開磁路；一般變壓器原、副繞組之間的互感是常數(shù)， 而差動變壓器原、副邊之間的互感隨鐵芯移動而變動。差動變壓器式傳感器的工 作原理正是建立在互感變化的基礎(chǔ)上。2. 基本特性 靈敏度：差動式變壓器在單位電壓激磁下、 鐵芯移動單位距離時所產(chǎn)生的 輸出電壓的變化，其單位為 mV/（mm*V。 頻率特性：差動變壓器的

7、激磁頻率一般以 50Hz10kHz較為合適。 相位：差動變壓器的次級電壓對初級電壓通常導前幾度到幾十度的相角。 線性范圍：理想的差動變壓器次級輸出電壓與鐵芯位移成線性關(guān)系，由于直徑、長度、材料的不同和線圈骨架的形狀、大小的不同等影響，一般差動變壓 器的線性范圍約為線圈骨架長度的1/101/4。 溫度特性：在造成溫度誤差的各項原因中，影響最大的是初級線圈的電阻溫度系數(shù)。 零點殘余電壓：零點殘余電壓波形復雜，包含了基波同相成分、基波正交 成分、二次及三次諧波和較小的電磁干擾波。3. 測量電路不平衡測量電路包含：交流電壓測量、相敏檢波電路、差動整流電路、動態(tài) 位移測量。平衡測量量電路包含：自動平衡電

8、路、力平衡電路。4. 差動變壓器的應用4.1位移測量差動變壓器測量的基本量仍然是位移。它可以作為精密測量儀的主要部件，對零 件進行多種精密測量工作，如內(nèi)徑、外徑、不平行度、粗糙度、不垂直度、振擺、 偏心和橢圓度等；作為軸承滾動自動分選機的主要測量部件， 可以分選大、小鋼 球、圓柱、圓錐等；用于測量各種零件膨脹、伸長、應變等。圖4-1為測量液位的原理圖。當某一設(shè)定液位使鐵芯處于中心位置時， 差動 變壓器輸出信號Uo=0;當液位上升或下降時，Uo 0，通過相應的測量電路便 能確定液位的高低。圖 4-14.2振動和加速度測量因此系統(tǒng)固有頻率不可能很150Hz以下。如圖4-2高頻時加速度測量用壓電利用

9、差動變壓器加上懸臂梁彈性支承可構(gòu)成加速度計。為了滿足測量精度，加速 度計的固有頻率應比被測頻率上限大 35倍。由于運動系統(tǒng)質(zhì)量 m不可能太小， 而增加彈性片剛度k又使加速度計靈敏度受到影響， 高。所以，能測量的振動頻率上限就受到限制，一般在 就是這種形式下的加速度計的結(jié)構(gòu)和測量電路示意圖。式傳感器。1z zFr被測加丄J速度方向a)圖4-21-壓源 穩(wěn)電差動變壓器加速度計結(jié)構(gòu)及其測量電路框圖 結(jié)構(gòu)；（b）測量電路框圖彈性支承；2-差動變壓器4.3壓力測量差動變壓器和彈性敏感元件組合, 出是標準信號，常稱為變送器。56可以組成開環(huán)壓力傳感器。由于差動變壓器輸t9(a)（a）微壓變送器；（b）測量

10、電路框圖1-接頭；2-膜盒；3-底座；4-線路板；5-差動變壓器線圈;6-銜鐵；7-罩殼；8-插頭； 這種微壓力變送器，經(jīng)分檔可測（4+6） 為050mV精度1.0級、1.5級。4.4差動變壓器測速差動變壓器測速的工作原理如圖4-4所示。交、直流同時供給。9-通孔104N/m2的壓力，輸出信號電壓差動變壓器的原邊勵磁電流由早法:卜11 rHL h異琨隨器卜!_劇I直站j C交涼電源電源-磁芯圖4-4差動變壓器測速裝置原理框圖三、電渦流式傳感器1.電渦流式傳感器的工作原理成塊的金屬導體置于變化著的磁場中時，金屬導體內(nèi)就要產(chǎn)生感應電流，這種電流的流線在金屬導體內(nèi)自動閉合， 通常稱為電渦流。電渦流式

11、傳感器（線圈-金屬導體系統(tǒng)）就是一種 基于電渦流效應原理的傳感器。電渦流的大小與金屬導體的電阻率P、導磁率卩、厚度t以及線圈與金屬之間的距離 x、線圈的激磁電流角頻率等參數(shù)有關(guān)。若保持其中若干參數(shù)恒定，就能按電渦流大小對線圈的作用的差異來測量另外某一參數(shù)。電渦流傳感器結(jié)構(gòu)簡單、頻率響應寬、靈敏度高、抗干擾能力強、測量線性范圍大，而且又具有非接觸測量的優(yōu)點，因此廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和科學研究的各個領(lǐng)域。電渦流傳感器可以測量位移、振動、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度等參數(shù)，并且還可以進行無損探傷和制作接近開 關(guān)。電渦流傳感器主要有兩種類型：高頻反射式和低頻透射式， 其中高頻反射式電渦流傳感器應用較為廣泛。2. 高

12、頻反射式高頻反射式電渦流傳感器2.1基本原理當線圈通交變電流 p時，線圈周圍就產(chǎn)生交變磁場,。此時金屬板中將產(chǎn)生感應電動勢,從而形成電渦流i2，此時又產(chǎn)生一個磁場 H2。由于線圈回路電H2對線圈的反作用（減弱線圈原磁場）,2.2等效電路由線圈一金屬導體系統(tǒng)構(gòu)成的電渦流傳感器可以用右圖所示的等效電路來分析。阻R,，電感為激勵電流為I,，激勵電壓為Ej，金屬導體中的電渦流等效為一個短路線圈構(gòu)成另一個回路，渦流電阻為R2，渦流環(huán)路電感為 L2，電渦流為12，線圈和導體之間 的環(huán)系數(shù)為M。3. 測量電路根據(jù)電渦流傳感器的原理，被測參量可以由傳感器轉(zhuǎn)換為傳感器線圈的阻抗Z、電感L或品質(zhì)因數(shù)Q等三個電參數(shù)

13、。究竟利用哪個參數(shù)并將其最后變換為電壓或電流信號輸出， 這要由測量電路決定。電渦流傳感器作測量時，為了提高靈敏度，用已知電容C與傳感器線圈并聯(lián)（一般在傳感內(nèi)）組成LC并聯(lián)諧振回路。傳感器線圈等效電感的變化使并聯(lián)諧振回 路的諧振頻率發(fā)生變化， 將其被測量變換為電壓或電流信號輸出。并聯(lián)諧振回路的諧振頻為：目前，電渦流傳感器所配用的諧振式測量電路有調(diào)幅式和調(diào)頻式兩類，以及交流電橋 測量電路。4. 電渦流式傳感器的應用4.1位移測量凡是可變換成位移量的參數(shù)，都可以用電渦流式傳感器來測量r1Z / / z / z軸向位移（a）;磨床換向閥、先導閥的位移 （b）;金屬試件熱膨脹系數(shù)（C）1-被測試件2-電

14、渦流傳感器4.2振幅測量LZ y / / ZJi=4(<b)盯¥嚇I(yè) 寶 I(a)監(jiān)控徑向振動;(b)測量渦輪葉片振幅1-被測試件；(c)多個傳感器并排在軸附近2-電渦流傳感器4.3尺寸測量電渦流傳感器 盯工件電渦流傳感工件表UI(a)(b)幾何尺寸測量電渦流傳感器4.4電渦流溫度測量與溫度t的關(guān)系可以用下式表示:在較小的溫度范圍內(nèi)金屬導體的電阻率t0(1t)0分別表示溫度t、to時材料的電阻率;為電阻溫度系數(shù)，t為溫度變化。4.5電渦流轉(zhuǎn)速計工作原理：在轉(zhuǎn)軸(或飛輪)上開一鍵槽，靠近軸表面安裝電渦流傳感器，軸轉(zhuǎn)動時便能檢出 傳感器與軸表面的間隙變化，從而得到相對于鍵槽的脈沖信號，經(jīng)放大、整形后，獲得相對于鍵槽的脈沖方