第四章電感式傳感器

1、 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 4.14.1變磁阻式電感傳感器變磁阻式電感傳感器 4.24.2差動變壓器式電感傳感器差動變壓器式電感傳感器 4.34.3電渦流式傳感器電渦流式傳感器 自感傳感器測量電橋放大器相敏檢波濾波器振蕩器輸出v 把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換成為把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換成為 線圈互感量的變化的傳感器稱為線圈互感量的變化的傳感器稱為互感式傳感器。互感式傳感器。 這種傳感器根據(jù)變壓器的基本這種傳感器根據(jù)變壓器的基本 原理制成，并將次級線圈繞組用原理制成，并將次級線圈繞組用 差動形式連接。差動形式連接。 差動變壓器的結(jié)構(gòu)形式較多，差動變壓器的結(jié)構(gòu)形式較多， 應(yīng)用最多的是螺線管式差動變壓應(yīng)用最多的

2、是螺線管式差動變壓 器。它可測量器。它可測量1 1100mm100mm范圍內(nèi)的范圍內(nèi)的 機(jī)械位移。機(jī)械位移。次次 級級次次 級級骨架骨架初初 級級銜銜 鐵鐵次次 級級次次 級級初初 級級當(dāng)銜鐵上下移動時(shí)，輸出電壓隨銜鐵位移變化。當(dāng)銜鐵上下移動時(shí)，輸出電壓隨銜鐵位移變化。12MM 若銜鐵上移若銜鐵上移 21MM 若銜鐵下移若銜鐵下移 由此得到輸出電壓有效值為由此得到輸出電壓有效值為 ：v 可見輸出電壓與互感的差值有關(guān)可見輸出電壓與互感的差值有關(guān)21 1aEj M I 22 1bEj M I 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，次級感應(yīng)電動勢分別為根據(jù)電磁感應(yīng)定律，次級感應(yīng)電動勢分別為0221 11 11211()

3、abUEEj M Ij M IjMMUrj L 111UIrj L相敏檢測電路相敏檢測電路 差動整流電路差動整流電路 差動變壓器輸出交流信號。為正確反映銜鐵位移差動變壓器輸出交流信號。為正確反映銜鐵位移 大小和方向，常采用差動整流電路和相敏檢波電路。大小和方向，常采用差動整流電路和相敏檢波電路。 （1 1）差動整流電路）差動整流電路 ，輸入一交流信號時(shí)輸入一交流信號時(shí)U0差動整流后輸出特性差動整流后輸出特性22201201(2)2(2)LLLLLLR UR UuRn RRRR Uun RR a)相敏檢波電路原理圖；b)us、u2為正半周時(shí)等 效電路；c) us、u2為負(fù)半周時(shí)等 效電路 (a）

4、被測位移變化波形圖；(b)差動變壓器激勵(lì)電壓波形；(c) 差動變壓器輸出電壓波形；(d)相敏檢波解調(diào)電壓波形；(e)相敏檢波輸出電壓波形v 相敏檢波后的輸出特性：相敏檢波后的輸出特性： 由由，工作曲線為過零點(diǎn)的直線。，工作曲線為過零點(diǎn)的直線。 相敏檢波前后輸出特性相敏檢波前后輸出特性傳感器辨向解調(diào)放大器濾波器振蕩器輸出差動變壓器結(jié)構(gòu)形式差動變壓器結(jié)構(gòu)形式 差動變壓器傳感器的應(yīng)用差動變壓器傳感器的應(yīng)用 差動變壓器式傳感器可直接用于位移測量，差動變壓器式傳感器可直接用于位移測量， 也可以用來測量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，也可以用來測量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量， 如振動，加速度，應(yīng)變等等。如振動，加速度

5、，應(yīng)變等等。 （1）壓差計(jì)）壓差計(jì) 當(dāng)壓差變化時(shí)，腔內(nèi)當(dāng)壓差變化時(shí)，腔內(nèi) 膜片位移使差動變壓器次膜片位移使差動變壓器次 級電壓發(fā)生變化，輸出與級電壓發(fā)生變化，輸出與 位移成正比，與壓差成正位移成正比，與壓差成正 比。比。 差動變壓器傳感器的應(yīng)用差動變壓器傳感器的應(yīng)用: 沉筒式液位計(jì)將水沉筒式液位計(jì)將水位變位變化轉(zhuǎn)換成位移變化，再轉(zhuǎn)換化轉(zhuǎn)換成位移變化，再轉(zhuǎn)換為電感的變化，差動變壓器為電感的變化，差動變壓器的輸出反映液位高低。的輸出反映液位高低。 1 懸臂梁；2 差動變壓器 高頻反射式渦流傳感器：高頻反射式渦流傳感器：當(dāng)高頻信號施加于電感線圈上時(shí)，由于趨膚效應(yīng)，高當(dāng)高頻信號施加于電感線圈上時(shí)，由于

6、趨膚效應(yīng)，高頻電磁場不能透過具有一定厚度的金屬板，而僅作用頻電磁場不能透過具有一定厚度的金屬板，而僅作用于表面的薄層內(nèi)于表面的薄層內(nèi)。hfhf 主要由一個(gè)安置在框架上的扁平圓形線圈主要由一個(gè)安置在框架上的扁平圓形線圈構(gòu)成。此線圈可以粘貼于框架上，或在框構(gòu)成。此線圈可以粘貼于框架上，或在框架上開一條槽溝，將導(dǎo)線繞在槽內(nèi)。下圖架上開一條槽溝，將導(dǎo)線繞在槽內(nèi)。下圖為為CZF1型渦流傳感器的結(jié)型渦流傳感器的結(jié) 構(gòu)原理，它采取將導(dǎo)線繞構(gòu)原理，它采取將導(dǎo)線繞 在聚四氟乙烯框架窄槽內(nèi)，在聚四氟乙烯框架窄槽內(nèi)， 形成線圈的結(jié)構(gòu)方式形成線圈的結(jié)構(gòu)方式。 1 11 121R Ij L Ij MIU122220j

7、MIR Ij L I112222121222222222()()UIMMRRjLLRLRL2222112122 222 212222eqeqUMMZRRjLRj LIRLRL22212222()eqM LLLRL22212222()eqM RRRRL222212022221211eqeqLMLLZQQRMRRZ22222()ZRL2222112122222212222UMMZRRjLIRLRL 檢測深度的控制：檢測深度的控制：由于存在集膚效應(yīng)，電渦流只能檢測導(dǎo)由于存在集膚效應(yīng)，電渦流只能檢測導(dǎo)體表面的各種物理參數(shù)。改變激勵(lì)源頻率體表面的各種物理參數(shù)。改變激勵(lì)源頻率 ，可控制檢測深度。，可控制檢

8、測深度。 間距間距x的測量：的測量：如果固定其他因素不變，僅改變間距如果固定其他因素不變，僅改變間距x，電電渦流線圈的阻抗渦流線圈的阻抗Z就成為間距就成為間距x的單值函數(shù)，可用于非接觸測量的單值函數(shù)，可用于非接觸測量距離或位移。距離或位移。 多種用途：多種用途：可以用來檢測與表面電導(dǎo)率可以用來檢測與表面電導(dǎo)率G有關(guān)的表面溫度、表有關(guān)的表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來檢測與材料磁導(dǎo)率面裂紋等參數(shù)，或者用來檢測與材料磁導(dǎo)率 有關(guān)的材料型號、有關(guān)的材料型號、表面硬度等參數(shù)。表面硬度等參數(shù)。 金屬金屬扁平線圈扁平線圈渦流區(qū)渦流區(qū)r/ras1hrasJr/J0 21221asxIIxrX/rasI2/I11.01 2 3 412LCf0LRCZ R1）調(diào)頻式電路）調(diào)頻式電路2）調(diào)幅式電路）調(diào)幅式電路 厚度測量 渦流轉(zhuǎn)速測量渦流