第3章 電感式傳感器B

1、傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器本章內(nèi)容本章內(nèi)容 3.1 3.1 自感式傳感器自感式傳感器 3.2 3.2 差動變壓器式傳感器差動變壓器式傳感器 3.3 3.3 電渦流式傳感器電渦流式傳感器 傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器學(xué)習(xí)目標學(xué)習(xí)目標 掌握自感式傳感器、差動變壓器式傳感器、電渦流掌握自感式傳感器、差動變壓器式傳感器、電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理和測量電路。傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理和測量電路。 深刻理解深刻理解橋形測量電路橋形測量電路電抗平衡電橋、變壓器電抗平衡電橋、變壓器式電橋式電橋的構(gòu)成和轉(zhuǎn)換原理的構(gòu)成和轉(zhuǎn)換原理。 理解三類電感式傳感器的各自特點、應(yīng)

2、用范圍和典理解三類電感式傳感器的各自特點、應(yīng)用范圍和典型應(yīng)用。型應(yīng)用。 了解電渦流式傳感器的應(yīng)用。了解電渦流式傳感器的應(yīng)用。傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 位移是機械量中最重要的參數(shù)，它可分為線位移和角位移。位移是機械量中最重要的參數(shù)，它可分為線位移和角位移。1、線位移、線位移長度檢測長度檢測2、角位移、角位移角度檢測角度檢測*位移量可轉(zhuǎn)換為模擬量和數(shù)字量。位移量可轉(zhuǎn)換為模擬量和數(shù)字量。自感式傳感器與位移檢測：自感式傳感器與位移檢測： *電感式傳感器基于的物理基礎(chǔ)：電感式傳感器基于的物理基礎(chǔ)：電磁感應(yīng)。電磁感應(yīng)。 * *即利用線圈電感或互感的改變來實現(xiàn)非電量測量。即利用線圈電感或互感的改變

3、來實現(xiàn)非電量測量。電感式傳感器也稱自感式傳感器或變磁阻式傳感器。電感式傳感器也稱自感式傳感器或變磁阻式傳感器。傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 3.1 自感式傳感器自感式傳感器 3.1.1 3.1.1 工作原理工作原理一、電感的計算一、電感的計算 自感式傳感器由線圈、自感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵鐵芯和銜鐵3 3部分組成。部分組成。在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為氣隙厚度為 ，傳感器的，傳感器的運動部分與銜鐵相連。運動部分與銜鐵相連。當(dāng)當(dāng)銜鐵移動時，氣隙厚度銜鐵移動時，氣隙厚度 發(fā)生改變，導(dǎo)致電感線圈發(fā)生改變，導(dǎo)致電感線圈的電感值變化，只要能測的電感值變化，只要能測

4、出這種電感量的變化，就出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小能確定銜鐵位移量的大小和方向。和方向。 圖3-1 變磁阻式傳感器1線圈；2鐵芯(定鐵芯)；3銜鐵(動鐵芯)傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器圖圖3-1 變磁阻式傳感器變磁阻式傳感器1線圈；線圈；2鐵芯鐵芯(定鐵芯定鐵芯)；3銜鐵銜鐵(動鐵芯動鐵芯) 線圈中電感量為線圈中電感量為:2mm,WWIWWLIIRR則 式中：式中： 線圈總磁鏈；線圈總磁鏈；I I 通過線圈的電流；通過線圈的電流；W W線圈的匝數(shù)；線圈的匝數(shù)； 穿過線圈的磁通。穿過線圈的磁通。 磁路歐姆定律：磁路歐姆定律：mIWR1212m1 12200001 12200

5、2llllRSSSSSSS磁路總磁阻：磁路總磁阻：WLII傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 通常氣隙磁阻遠大于鐵芯和銜鐵的磁阻，即通常氣隙磁阻遠大于鐵芯和銜鐵的磁阻，即1001 12002222lSSlSS12m1 122000022llRSSSS磁路總磁阻近似表示為：磁路總磁阻近似表示為： 因此，線圈的電感值可近似地表示為因此，線圈的電感值可近似地表示為2200m2WSWLR 當(dāng)線圈匝數(shù)為常數(shù)時，只要改變當(dāng)線圈匝數(shù)為常數(shù)時，只要改變 或或S S0 0均可導(dǎo)致電感變均可導(dǎo)致電感變化，因此變磁阻式傳感器又可分為變氣隙型電感式傳感器化，因此變磁阻式傳感器又可分為變氣隙型電感式傳感器和變面積型電感

6、式傳感器。和變面積型電感式傳感器。 傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器二、電感式傳感器的類型二、電感式傳感器的類型 (a)(a)變間隙式變間隙式；(b)(b)變截面式變截面式SS；(c) (c) 螺管式螺管式和和S S。1.變間隙變間隙 L與與之間是之間是非線性非線性關(guān)系，關(guān)系， 特性曲特性曲線如右圖所示。線如右圖所示。(1)小，靈敏度高；小，靈敏度高； 0=0.10.5mm =(0.10.2) 0(2)非線性誤差較大，多用于微小位移非線性誤差較大，多用于微小位移測量。測量。 LSWSWddLk 2120022002斜斜率率傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器2.變氣隙截面積變氣隙截面積S0（銜

7、鐵上下位移）（銜鐵上下位移）常常數(shù)數(shù)斜斜率率 2020WdSdLk L L與與S S0 0之間成線性關(guān)系，之間成線性關(guān)系， 特性特性曲線如右圖所示。曲線如右圖所示。 (1)實際的實際的L=f(，S 0)為非為非線性；線性； (2)靈敏度較低，但易裝靈敏度較低，但易裝配；配； (3)多用于較大位移測量。多用于較大位移測量。(1)銜鐵行程可較大銜鐵行程可較大,測量范圍較大。線性較好測量范圍較大。線性較好,應(yīng)用較廣泛；應(yīng)用較廣泛； (2)多用于角位移測量。多用于角位移測量。3.螺管式（變螺管式（變和和S 0）傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 在實際使用中，常采用兩個相同的傳感器線圈共用一在實際使用

8、中，常采用兩個相同的傳感器線圈共用一個銜鐵，構(gòu)成差動式電感傳感器。個銜鐵，構(gòu)成差動式電感傳感器。測量時，銜鐵通過導(dǎo)桿測量時，銜鐵通過導(dǎo)桿與被測位移量相連，當(dāng)被測體移動時，導(dǎo)桿帶動銜鐵也以與被測位移量相連，當(dāng)被測體移動時，導(dǎo)桿帶動銜鐵也以相同的位移上下移動，使兩個磁回路中磁阻發(fā)生大小相等，相同的位移上下移動，使兩個磁回路中磁阻發(fā)生大小相等，方向相反的變化，導(dǎo)致一個線圈的電感量增加，另一個線方向相反的變化，導(dǎo)致一個線圈的電感量增加，另一個線圈的電感量減小，形成差動形式。圈的電感量減小，形成差動形式。 差動式結(jié)構(gòu)除了可以改善線性、提高靈敏度外，對溫差動式結(jié)構(gòu)除了可以改善線性、提高靈敏度外，對溫度變化

9、、電源頻率變化等影響也可以進行補償，從而減少度變化、電源頻率變化等影響也可以進行補償，從而減少了外界影響造成的誤差。了外界影響造成的誤差。（a） （b） （c）圖圖3-4 差動式電感傳感器差動式電感傳感器（a）變氣隙型；（）變氣隙型；（b）變面積型；（）變面積型；（c）螺管型）螺管型1線圈；線圈；2鐵芯；鐵芯；3銜鐵；銜鐵；4導(dǎo)桿導(dǎo)桿3.1.2 3.1.2 差分電感式傳感器原理差分電感式傳感器原理傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器1.電阻平衡電橋電阻平衡電橋設(shè)：設(shè)：Z1=Z+Z ，Z2= Z-Z ；R1=R2=RUZZUZZZZUUZZZURRRUZZZZZZURRRUZZZUUcd22212

10、2112110 （a） （b） （c）圖3-4 差動式電感傳感器（a）變氣隙型；（b）變面積型；（c）螺管型1線圈；2鐵芯；3銜鐵；4導(dǎo)桿傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器當(dāng)當(dāng)L R L R ，則，則。LLU，ULLU 002即即2.變壓器式電橋形測量電路變壓器式電橋形測量電路設(shè)：設(shè)：Z1下端處的電位為下端處的電位為0。則則A、B兩點電位分別為兩點電位分別為,UZZZUA211 UUB21 橋路輸出電壓橋路輸出電壓U)ZZZ(UUUBA212110 分析分析:(1)鐵心居中鐵心居中,Z1=Z2=Z (2)鐵心上移鐵心上移,Z1=Z+Z,Z,Z2=Z-ZZ (3)鐵心下移鐵心下移,Z1=Z-Z,

11、Z,Z2=Z+ZZ0210 U)ZZZ(U22120UZZU)ZZZ(U 2)212(0UZZUZZZU 傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 3.1.3 3.1.3 自感式傳感器的應(yīng)用自感式傳感器的應(yīng)用 1 1、變隙電感式壓力傳感器變隙電感式壓力傳感器 它由膜盒、它由膜盒、 鐵芯、鐵芯、 銜鐵及線圈等組成，銜鐵與膜盒銜鐵及線圈等組成，銜鐵與膜盒的上端連在一起。的上端連在一起。 2 2、變隙式差動電感壓力傳感器、變隙式差動電感壓力傳感器 它主要由它主要由C C形彈簧管、銜鐵、鐵芯和線圈等組成。形彈簧管、銜鐵、鐵芯和線圈等組成。 圖圖3-7 變隙電感式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖變隙電感式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖 圖

12、圖3-8 變隙式差動電感壓力傳感器變隙式差動電感壓力傳感器1銜鐵；銜鐵；2鐵芯；鐵芯；3線圈；線圈；4膜盒膜盒 1C型彈簧管；型彈簧管；2鐵芯；鐵芯；3線圈線圈1； 4銜鐵；銜鐵；5線圈線圈2；6調(diào)機械零點螺釘調(diào)機械零點螺釘 傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器3.2 差動變壓器式傳感器差動變壓器式傳感器3.2.1 3.2.1 差動變壓器式傳感差動變壓器式傳感器的工作原理器的工作原理 差動變壓器是把被測差動變壓器是把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換成繞組的非電量變化轉(zhuǎn)換成繞組互感量的變化。互感量的變化。 差動變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，差動變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，有變隙式、變面積式和螺有變隙式、變面積式和螺線管式等，應(yīng)

13、用最多的是線管式等，應(yīng)用最多的是螺線管式差動變壓器，螺線管式差動變壓器，它它可以測量可以測量1 1100mm100mm機械位機械位移，并具有測量精度高、移，并具有測量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、性靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠等優(yōu)點。能可靠等優(yōu)點。圖圖3-9 螺線管式差動變壓器結(jié)構(gòu)螺線管式差動變壓器結(jié)構(gòu)1鐵芯；鐵芯；2導(dǎo)磁外殼；導(dǎo)磁外殼；3骨架；骨架；5初級繞組；初級繞組；4、6次級繞組次級繞組傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器圖圖3-10 螺線管式差動變壓器的等效電路螺線管式差動變壓器的等效電路 圖圖3-11 差動變壓器輸出電壓特性曲線差動變壓器輸出電壓特性曲線 1實際特性曲線；實際特性曲線；

14、2理論特性曲線理論特性曲線 差動變壓器傳感器中的兩個次級繞組反相串聯(lián)，當(dāng)差動變壓器傳感器中的兩個次級繞組反相串聯(lián)，當(dāng)初級繞組加以激勵電壓初級繞組加以激勵電壓U U時，在兩個次級繞組時，在兩個次級繞組W W2a2a和和W W2b2b中便中便會產(chǎn)生感應(yīng)電勢會產(chǎn)生感應(yīng)電勢e e2a2a和和e e2b2b。當(dāng)活動銜鐵處于初始平衡位置當(dāng)活動銜鐵處于初始平衡位置時，必然會使兩互感系數(shù)時，必然會使兩互感系數(shù) M M1 1= =M M2 2，將有，將有e e2a2a= =e e2b2b，因而有，因而有U Uo o= =e e2a2ae e2b2b=0=0，即差動變壓器輸出電壓為零。，即差動變壓器輸出電壓為零。

15、 當(dāng)活動銜鐵向上移動時，由于磁阻的影響，當(dāng)活動銜鐵向上移動時，由于磁阻的影響，W W2a2a中磁通中磁通將大于將大于W W2b2b，使，使M M1 1 M M2 2，因而，因而e e2a2a增加，而增加，而e e2b2b減小。反之，減小。反之，e e2b2b增加，增加，e e2a2a減小。因為減小。因為U Uo o= =e e2a2ae e2b2b，所以當(dāng)，所以當(dāng)e e2a2a、e e2b2b 隨著銜鐵隨著銜鐵位移位移x x變化時，變化時，U Uo o也必將隨也必將隨x x而變化。而變化。此處不連接此處不連接傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 3.2.2 3.2.2 差動變壓器式傳感器的測量電

16、差動變壓器式傳感器的測量電路路 1 1差動整流電路差動整流電路 差動整流電路還可以接成全波電壓輸出和全波電流輸差動整流電路還可以接成全波電壓輸出和全波電流輸出的形式。出的形式。 差動整流電路具有結(jié)構(gòu)簡單，根據(jù)差動輸出電壓的大差動整流電路具有結(jié)構(gòu)簡單，根據(jù)差動輸出電壓的大小和方向就可以判斷出被測量（如位移）的大小和方向，小和方向就可以判斷出被測量（如位移）的大小和方向，不需要考慮相位調(diào)整和零點殘余電壓的影響，分布電容影不需要考慮相位調(diào)整和零點殘余電壓的影響，分布電容影響小，便于遠距離傳輸，因而獲得廣泛的應(yīng)用。響小，便于遠距離傳輸，因而獲得廣泛的應(yīng)用。圖圖3-12 差動整流電路差動整流電路 （a）

17、全波電流輸出；（）全波電流輸出；（b）全波電壓輸出；）全波電壓輸出；（c）半波電流輸出；（）半波電流輸出；（d）半波電壓輸出）半波電壓輸出傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器（2 2）電壓合成輸出）電壓合成輸出差分整流電路差分整流電路（1）電流合成輸出）電流合成輸出傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器（3）典型全波相敏整流電路分析）典型全波相敏整流電路分析1）電流路徑）電流路徑設(shè)設(shè)f為為“+”、e e為為“-”，則電流路徑，則電流路徑fgcdhef；當(dāng)當(dāng)f f為為“-”-”、e e為為“+”+”，則電流路，則電流路徑徑ehcdgfeehcdgfe。2）電路輸出）電路輸出 uo=usc=uab-uc

18、d分析可知：（分析可知：（a a）鐵心居中，）鐵心居中，u uscsc=0=0； （b）鐵心下移，）鐵心下移， usc0； （c）鐵心上移，）鐵心上移，usc0。傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器2.測量電路測量電路1、相敏檢波電路、相敏檢波電路（1）簡單相敏檢波電路）簡單相敏檢波電路相敏檢波電路要求比較電壓與差動變壓器二次輸出電壓頻相敏檢波電路要求比較電壓與差動變壓器二次輸出電壓頻率相同，相位相同或相反。為了保證這一點，通常在電路率相同，相位相同或相反。為了保證這一點，通常在電路中接入移相電路。中接入移相電路。另外，由于比較電壓在檢波電路中起開另外，由于比較電壓在檢波電路中起開關(guān)作用，因此其

19、幅值應(yīng)盡可能大，一般應(yīng)為信號電壓的關(guān)作用，因此其幅值應(yīng)盡可能大，一般應(yīng)為信號電壓的35倍。倍。 設(shè)差動電感傳感器的線圈設(shè)差動電感傳感器的線圈阻抗分別為阻抗分別為Z1和和Z Z2 2。當(dāng)銜鐵處。當(dāng)銜鐵處于中間位置時，于中間位置時，Z Z1 1= =Z Z2 2= =Z Z，電橋，電橋處于平衡狀態(tài)，處于平衡狀態(tài)，C C點電位等于點電位等于D D點地位，電表指示為零。點地位，電表指示為零。 當(dāng)銜鐵上移，上部線圈阻當(dāng)銜鐵上移，上部線圈阻抗增大，抗增大，Z Z1 1= =Z+Z+Z Z，則下部線，則下部線圈阻抗減少，圈阻抗減少，Z Z2 2= =Z-Z-Z Z。如果。如果輸入交流電壓為正半周輸入交流電壓

20、為正半周傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 如果輸入交流電壓為負半周，如果輸入交流電壓為負半周，A A點電位為負，點電位為負，B B點電位為點電位為正，二極管正，二極管VDVD2 2、VDVD3 3導(dǎo)通，導(dǎo)通，VDVD1 1、VDVD4 4截止，則在截止，則在B-C-F-AB-C-F-A支路支路中，中，C C點電位由于點電位由于Z Z2 2減少而比平衡時降低（平衡時，輸入電壓減少而比平衡時降低（平衡時，輸入電壓若為負半周，即若為負半周，即B B點電位為正，點電位為正，A A點電位為負，點電位為負，C C點相對于點相對于B B點點為負電位，為負電位，Z Z2 2減少時，減少時，C C點電位更負）

21、；點電位更負）；而在而在B-D-E-AB-D-E-A支路中，支路中，D D點電位由于點電位由于Z Z1 1的增加而比平衡時的電位增高，所以仍然是的增加而比平衡時的電位增高，所以仍然是D D點電位高于點電位高于C C點電位，電壓表正向偏轉(zhuǎn)。點電位，電壓表正向偏轉(zhuǎn)。 如果輸入交流電壓為正半如果輸入交流電壓為正半周，周，當(dāng)當(dāng)A A點電位為正，點電位為正，B B點電位點電位為負，二極管為負，二極管VDVD1 1、VDVD4 4導(dǎo)通，導(dǎo)通，VDVD2 2、VDVD3 3截止。在截止。在A-E-C-BA-E-C-B支路支路中，中，C C點電位由于點電位由于Z Z1 1增大而比平增大而比平衡時的衡時的C C

22、點電位降低；點電位降低；而在而在A-F-A-F-D-BD-B支路中，支路中，D D點電位由于點電位由于Z Z2 2的降的降低而比平衡時低而比平衡時D D點的電位增高，點的電位增高，所以所以D D點電位高于點電位高于C C點電位，直點電位，直流電壓表正向偏轉(zhuǎn)。流電壓表正向偏轉(zhuǎn)。傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器（2 2）具有調(diào)零功能的相敏檢波電路）具有調(diào)零功能的相敏檢波電路 同樣可以得出結(jié)果：當(dāng)銜鐵下移時，電壓表總是反向偏同樣可以得出結(jié)果：當(dāng)銜鐵下移時，電壓表總是反向偏轉(zhuǎn)，輸出為負。轉(zhuǎn)，輸出為負。 可見采用帶相敏整流的交流電橋，輸出信號既能反映位可見采用帶相敏整流的交流電橋，輸出信號既能反映位移

23、大小又能反映位移的方向。移大小又能反映位移的方向。傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 3.2.3 3.2.3 差動變壓器式傳感器的應(yīng)用差動變壓器式傳感器的應(yīng)用 差動變壓器式傳感器可以直接用于位移測量，也可以測差動變壓器式傳感器可以直接用于位移測量，也可以測量與位移有關(guān)的任何機械量，如振動、加速度、應(yīng)變、比重、量與位移有關(guān)的任何機械量，如振動、加速度、應(yīng)變、比重、張力和厚度等。張力和厚度等。 差動變壓器式加速度傳感差動變壓器式加速度傳感器的原理。它由懸臂梁和差動器的原理。它由懸臂梁和差動變壓器構(gòu)成。變壓器構(gòu)成。測量時，將懸臂測量時，將懸臂梁底座及差動變壓器的繞組骨梁底座及差動變壓器的繞組骨架固定

24、，而將銜鐵的架固定，而將銜鐵的A A端與被測端與被測振動體相連，此時傳感器作為振動體相連，此時傳感器作為加速度測量中的慣性元件，它加速度測量中的慣性元件，它的位移與被測加速度成正比，的位移與被測加速度成正比，使加速度測量轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰频臏y使加速度測量轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰频臏y量。量。當(dāng)被測體帶動銜鐵以當(dāng)被測體帶動銜鐵以x x( (t t) )振動時，導(dǎo)致差動變壓器的輸振動時，導(dǎo)致差動變壓器的輸出電壓也按相同規(guī)律變化。出電壓也按相同規(guī)律變化。圖3-14 差動變壓器式加速度傳感器1懸臂梁； 2差動變壓器傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器3.3 電渦流式傳感器電渦流式傳感器3.3.1 3.3.1 電渦流式傳感器的工

25、作原理電渦流式傳感器的工作原理 塊狀金屬導(dǎo)體置于變化磁場中或在磁場中作切割磁塊狀金屬導(dǎo)體置于變化磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，金屬導(dǎo)體內(nèi)將會產(chǎn)生旋渦狀的感應(yīng)電流，力線運動時，金屬導(dǎo)體內(nèi)將會產(chǎn)生旋渦狀的感應(yīng)電流，該現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。該現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。圖3-15 電渦流式傳感器原理圖1金屬導(dǎo)體；2線圈 將一個通以正弦交變電流將一個通以正弦交變電流I I1 1的的扁平線圈置于金屬導(dǎo)體附近，則扁平線圈置于金屬導(dǎo)體附近，則線圈周圍空間將產(chǎn)生一個正弦交線圈周圍空間將產(chǎn)生一個正弦交變磁場變磁場H H1 1，使金屬導(dǎo)體中感應(yīng)電渦，使金屬導(dǎo)體中感應(yīng)電渦流流I I2 2，I I2 2又產(chǎn)生一個與又產(chǎn)生

26、一個與H H1 1方向相反方向相反的交變磁場的交變磁場H H2 2，導(dǎo)致傳感器線圈的，導(dǎo)致傳感器線圈的等效阻抗發(fā)生變化。等效阻抗發(fā)生變化。 有效電感量有效電感量L： 電渦流的去磁作用電渦流的去磁作用線圈電感線圈電感量量L。傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 3.3.2 3.3.2 電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu) 電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)主要是一個繞制在框架上的扁電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)主要是一個繞制在框架上的扁平繞組，繞組的導(dǎo)線應(yīng)選用電阻率小的材料，一般采用高平繞組，繞組的導(dǎo)線應(yīng)選用電阻率小的材料，一般采用高強度漆包銅線，強度漆包銅線，圖圖3-163-16所示為所示為CZF1CZF1型電渦流

27、式傳感器的結(jié)型電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)圖，電渦流是采用把導(dǎo)線繞制在框架上形成的，框架采構(gòu)圖，電渦流是采用把導(dǎo)線繞制在框架上形成的，框架采用聚四氟乙烯。用聚四氟乙烯。圖3-16 電渦流探頭結(jié)構(gòu)1電渦流線圈；2探頭殼體；3殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋；4-印制電路板；5夾持螺母；6電源指示燈；7閾值指示燈；8輸出屏蔽電纜線；9電纜插頭傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 3.3.3 3.3.3 電渦流式傳感器的測量電路電渦流式傳感器的測量電路 用于電渦流傳感器的測量電路主要有調(diào)頻式、調(diào)幅式用于電渦流傳感器的測量電路主要有調(diào)頻式、調(diào)幅式電路兩種。電路兩種。1 1調(diào)頻式電路調(diào)頻式電路 傳感器線圈接入傳感器線圈接入L

28、CLC振蕩回路，當(dāng)傳感器與被測導(dǎo)體距振蕩回路，當(dāng)傳感器與被測導(dǎo)體距離離x x改變時，在渦流影響下，傳感器的電感變化，將導(dǎo)致振改變時，在渦流影響下，傳感器的電感變化，將導(dǎo)致振蕩頻率的變化，該變化的頻率是距離蕩頻率的變化，該變化的頻率是距離x x的函數(shù)，即的函數(shù)，即f =L(x)f =L(x)，該頻率可由數(shù)字頻率計直接測量，或者通過該頻率可由數(shù)字頻率計直接測量，或者通過f fU U變換，用數(shù)變換，用數(shù)字電壓表測量對應(yīng)的電壓。字電壓表測量對應(yīng)的電壓。 振蕩頻率為：振蕩頻率為：12fLC（a） （b）圖3-17 調(diào)頻式測量電路（a）測量電路框圖；（b）振蕩電路傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 2 2

29、調(diào)幅式電路調(diào)幅式電路 由傳感器線圈由傳感器線圈L L、電容器、電容器C C和石英晶體組成的石英晶體和石英晶體組成的石英晶體振蕩電路。振蕩電路。石英晶體振蕩器起恒流源的作用，給諧振回路石英晶體振蕩器起恒流源的作用，給諧振回路提供一個頻率提供一個頻率(f(fo o) )穩(wěn)定的激勵電流穩(wěn)定的激勵電流i io o，LCLC回路輸出電壓為回路輸出電壓為 U Uo o=i=io of(Z) f(Z) 式中：式中：ZLCZLC回路的阻抗。回路的阻抗。 當(dāng)金屬導(dǎo)體遠離或去掉當(dāng)金屬導(dǎo)體遠離或去掉時，時，LCLC并聯(lián)諧振回路諧振頻并聯(lián)諧振回路諧振頻率即為石英振蕩頻率率即為石英振蕩頻率f fo o，回，回路呈現(xiàn)的阻

30、抗最大，諧振回路呈現(xiàn)的阻抗最大，諧振回路上的輸出電壓也最大；路上的輸出電壓也最大；當(dāng)當(dāng)金屬導(dǎo)體靠近傳感器線圈時，金屬導(dǎo)體靠近傳感器線圈時，線圈的等效電感線圈的等效電感L L發(fā)生變化，發(fā)生變化，導(dǎo)致回路失諧，從而使輸出導(dǎo)致回路失諧，從而使輸出電壓降低，電壓降低，L L的數(shù)值隨距離的數(shù)值隨距離x x的變化而變化。的變化而變化。圖3-18 調(diào)幅式測量電路示意圖傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器3.3.4 3.3.4 電渦流式傳感器的應(yīng)用電渦流式傳感器的應(yīng)用1 1低頻透射式電渦流厚度傳感器低頻透射式電渦流厚度傳感器 在被測金屬板的上方設(shè)有發(fā)射傳感器線圈在被測金屬板的上方設(shè)有發(fā)射傳感器線圈L L1 1，

31、在被測，在被測金屬板下方設(shè)有接收傳感器線圈金屬板下方設(shè)有接收傳感器線圈L L2 2。當(dāng)在。當(dāng)在L L1 1上加低頻電壓上加低頻電壓U U1 1時，時，L L1 1上產(chǎn)生交變磁通上產(chǎn)生交變磁通 1 1，若兩線圈間無金屬板，則交變，若兩線圈間無金屬板，則交變磁通直接耦合至磁通直接耦合至L L2 2中，中，L L2 2產(chǎn)生感應(yīng)電壓產(chǎn)生感應(yīng)電壓U U2 2。 如果將被測金屬板放入兩線圈之如果將被測金屬板放入兩線圈之間，則間，則L L1 1線圈產(chǎn)生的磁場將導(dǎo)致在金線圈產(chǎn)生的磁場將導(dǎo)致在金屬板中產(chǎn)生電渦流，并將貫穿金屬板，屬板中產(chǎn)生電渦流，并將貫穿金屬板，此時磁場能量受到損耗，使到達此時磁場能量受到損耗，

32、使到達L L2 2的的磁通將減弱為磁通將減弱為 1 1 ，從而使，從而使L L2 2產(chǎn)生的感產(chǎn)生的感應(yīng)電壓應(yīng)電壓U U2 2下降。下降。金屬板越厚，渦流損金屬板越厚，渦流損失就越大，電壓失就越大，電壓U U2 2就越小。就越小。U U2 2電壓的電壓的大小反映了被測金屬板的厚度。透射大小反映了被測金屬板的厚度。透射式渦流厚度傳感器的檢測范圍可達式渦流厚度傳感器的檢測范圍可達1 1100mm100mm，分辨率為，分辨率為0.10.1 m m，線性度，線性度為為1%1%。 圖3-19 透射式渦流厚度傳感器原理圖傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 圖3-20 電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器原理圖2 2電渦流式轉(zhuǎn)

33、速傳感器電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器 在軟磁材料制成的輸入軸上加工一鍵槽，在距輸入表在軟磁材料制成的輸入軸上加工一鍵槽，在距輸入表面面d d0 0處設(shè)置電渦流傳感器，輸入軸與被測旋轉(zhuǎn)軸相連。處設(shè)置電渦流傳感器，輸入軸與被測旋轉(zhuǎn)軸相連。 當(dāng)被測旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，當(dāng)被測旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，電渦流傳感器與輸出軸的電渦流傳感器與輸出軸的距離變?yōu)榫嚯x變?yōu)閐 d0 0+d d。由于電由于電渦流效應(yīng)，使傳感器線圈渦流效應(yīng)，使傳感器線圈阻抗隨阻抗隨d d的變化而變化，的變化而變化，導(dǎo)致振蕩器的電壓幅值和導(dǎo)致振蕩器的電壓幅值和振蕩頻率發(fā)生變化。振蕩頻率發(fā)生變化。因此，因此，隨著輸入軸的旋轉(zhuǎn)，從振隨著輸入軸的旋轉(zhuǎn)，從振蕩器輸出的信號

34、中包含有蕩器輸出的信號中包含有與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖頻率與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖頻率信號。信號。傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 該信號由檢波器檢出電壓幅值的變化量，然后經(jīng)整形該信號由檢波器檢出電壓幅值的變化量，然后經(jīng)整形電路輸出頻率為電路輸出頻率為f fn n的脈沖信號。該信號經(jīng)電路處理便可的脈沖信號。該信號經(jīng)電路處理便可得到被測轉(zhuǎn)速。得到被測轉(zhuǎn)速。這種轉(zhuǎn)速傳感器可實現(xiàn)非接觸式測量，抗污染能力很這種轉(zhuǎn)速傳感器可實現(xiàn)非接觸式測量，抗污染能力很強，可安裝在旋轉(zhuǎn)軸近旁長期對被測轉(zhuǎn)速進行監(jiān)視。最強，可安裝在旋轉(zhuǎn)軸近旁長期對被測轉(zhuǎn)速進行監(jiān)視。最高測量轉(zhuǎn)速可達高測量轉(zhuǎn)速可達600000r/min600000r/

35、min。3 3高頻反射式電渦高頻反射式電渦流厚度傳感器流厚度傳感器 為了克服帶材不夠為了克服帶材不夠平整或運行過程中上、平整或運行過程中上、下波動的影響，在帶材下波動的影響，在帶材的上、下兩側(cè)對稱地設(shè)的上、下兩側(cè)對稱地設(shè)置了兩個特性完全相同置了兩個特性完全相同的渦流傳感器的渦流傳感器S S1 1和和S S2 2。圖3-21 高頻反射式渦流測厚儀測試系統(tǒng)框圖傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 圖3-21 高頻反射式渦流測厚儀測試系統(tǒng)框圖 3 3S S1 1和和S S2 2與被測帶材表面之間的距離分別為與被測帶材表面之間的距離分別為x x1 1和和x x2 2。若帶材厚度不變，則被測帶材上、下表面

36、之間的距離總?cè)魩Р暮穸炔蛔?，則被測帶材上、下表面之間的距離總有有“x x1 1+x+x2 2= =常數(shù)常數(shù)”的關(guān)系存在。兩傳感器的輸出電壓之的關(guān)系存在。兩傳感器的輸出電壓之和為和為2U2Uo o，數(shù)值不變。，數(shù)值不變。 如果被測帶材厚度如果被測帶材厚度改變量為改變量為 ，則兩傳，則兩傳感器與帶材之間的距離感器與帶材之間的距離也改變一個也改變一個 ，兩傳，兩傳感器輸出電壓此時為感器輸出電壓此時為2 2U Uo oU U，U U經(jīng)放大器經(jīng)放大器放大后，通過指示儀表放大后，通過指示儀表即可指示出帶材的厚度即可指示出帶材的厚度變化值。變化值。帶材厚度給定帶材厚度給定值與偏差指示值的代數(shù)值與偏差指示值的

37、代數(shù)和就是被測帶材的厚度。和就是被測帶材的厚度。傳感器與檢測技術(shù)第3章電感式傳感器 4 4高頻反射式電渦流位移傳感器高頻反射式電渦流位移傳感器 電渦流位移計是根據(jù)高頻反射式渦流傳感器的基電渦流位移計是根據(jù)高頻反射式渦流傳感器的基本原理制作的。電渦流位移計可以用來測量各種形狀本原理制作的。電渦流位移計可以用來測量各種形狀試件的位移量。試件的位移量。 電渦流位移計測量位移的范圍可以從電渦流位移計測量位移的范圍可以從0 01mm1mm至至0 030mm30mm，個別產(chǎn)品已達，個別產(chǎn)品已達80mm80mm。一般的分辨率為滿量程的。一般的分辨率為滿量程的0.1%0.1%，也有達到，也有達到0.50.5 m m的（其全量程為的（其全量程為0 05 5 m m）。）。（a） （b） （c）圖圖3-22 電渦流位移計測量位移舉例電渦流位移計測量位移舉例（a）汽輪機主軸的軸向位移；（）汽輪機主軸的軸向位移；（b）磨床換向閥、先導(dǎo)閥的位移；）磨床換向閥、先導(dǎo)閥的位移；（c）金屬試件的熱膨脹系數(shù)）金屬試件的熱膨脹系數(shù)傳感器與檢測技術(shù)第3章