第二章 2 (機(jī)械工程測(cè)試技術(shù))2013.7

1、1 傳感器技術(shù)傳感器技術(shù) CH22第四節(jié)第四節(jié) 電感式傳感器電感式傳感器 1 1 變換原理變換原理 基于電磁感應(yīng)原理，是把被測(cè)量（如位移、壓基于電磁感應(yīng)原理，是把被測(cè)量（如位移、壓力等）的變化轉(zhuǎn)化為傳感器電感量的變化。力等）的變化轉(zhuǎn)化為傳感器電感量的變化。 2 2 類型：類型： 自感型（可變磁阻式與渦流式）自感型（可變磁阻式與渦流式） 互感型（差動(dòng)變壓器式）互感型（差動(dòng)變壓器式）33 3 自感型（自感型（可變磁阻式 ）1-1-線圈線圈 2-2-鐵芯鐵芯 3-3-銜鐵銜鐵 工作原理：工作原理： 4（1 1）定量分析）定量分析mRNL2002lAAmmmmRRRR鐵心銜鐵氣隙002A2002ANL

2、 則：則：L f ( A, ) 5L f ( A, ) 變氣隙式、變截面式自感傳感器特性曲線 L=f（A）L=f（），AL6 靈敏度靈敏度: 23200NL2A345200L()LSL 23100%100%非線性非線性:輸出：輸出：（2）非差動(dòng)變氣隙式）非差動(dòng)變氣隙式7（3）差動(dòng)）差動(dòng)變氣隙式結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱。結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱。當(dāng)銜鐵當(dāng)銜鐵3 3移動(dòng)時(shí)，一線圈自感增加，另一線圈自移動(dòng)時(shí)，一線圈自感增加，另一線圈自 感減少，形成差動(dòng)。感減少，形成差動(dòng)。1線圈線圈3銜鐵銜鐵4導(dǎo)桿導(dǎo)桿2線圈架線圈架L0L08 差動(dòng)型電感傳感器輸出：差動(dòng)型電感傳感器輸出： 銜鐵上移銜鐵上移: : 232001NL2A2320

3、02NL2A1235200LLLN22A 3502L輸出輸出: :差動(dòng)變氣隙式差動(dòng)變氣隙式9靈敏度：靈敏度：非線性：非線性：差動(dòng)式與非差動(dòng)式特性比較：差動(dòng)式與非差動(dòng)式特性比較： 差動(dòng)式的非線性得到很大改善，靈敏度比非差動(dòng)差動(dòng)式的非線性得到很大改善，靈敏度比非差動(dòng)式提高式提高1倍。倍。0LL2S%100)(2L10（4 4）差動(dòng)與非差動(dòng)變面積式電感式傳感器）差動(dòng)與非差動(dòng)變面積式電感式傳感器11差動(dòng)與非差動(dòng)變面積式差動(dòng)與非差動(dòng)變面積式12主測(cè)位移（線、角）、振動(dòng)、壓力等。主測(cè)位移（線、角）、振動(dòng)、壓力等。（5 5） 用途：用途：13 （6） 特點(diǎn)特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量力小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量力

4、小; ; 分辨力高分辨力高; ; 機(jī)械位移：機(jī)械位移：0.1m0.1m，甚至更小；角位移：甚至更小；角位移：0.10.1角秒。角秒。 輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度可達(dá)數(shù)百輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度可達(dá)數(shù)百mV/mm mV/mm 。 重復(fù)性好，線性度優(yōu)良重復(fù)性好，線性度優(yōu)良; ; 幾十幾十mm到數(shù)百到數(shù)百mmmm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線性的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線性 度較好，較穩(wěn)定。度較好，較穩(wěn)定。 存在交流零位信號(hào)；存在交流零位信號(hào)； 不宜于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。不宜于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。 144 自感式傳感器之渦流傳感器自感式傳感器之渦流傳感器 （1 1）變換原理）變換原理: :渦流效應(yīng)渦流效應(yīng)),(IfZZ-Z

5、-原線圈的等效阻抗原線圈的等效阻抗i i通入線圈，其周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，金屬體內(nèi)產(chǎn)生電渦流。通入線圈，其周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，金屬體內(nèi)產(chǎn)生電渦流。i i i 15渦流穿透深度：渦流穿透深度：（2 2）類型）類型 高頻反射式高頻反射式 低頻透射式低頻透射式 導(dǎo)體電阻率導(dǎo)體電阻率( (cmcm) )r r導(dǎo)體相對(duì)磁導(dǎo)率導(dǎo)體相對(duì)磁導(dǎo)率 f交變磁場(chǎng)頻率交變磁場(chǎng)頻率(Hz)(Hz)頻率越高頻率越高, ,集膚效應(yīng)越大集膚效應(yīng)越大 集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)5030rf 16高頻反射式（廣用）渦流傳感器高頻反射式（廣用）渦流傳感器 圖圖3-15 a3-15 a17 低頻透射式渦流傳感器低頻透射式渦流傳感器18 （3）結(jié)構(gòu)：

6、）結(jié)構(gòu)： 由一安置在框架上的扁平圓線圈和電纜等組成。由一安置在框架上的扁平圓線圈和電纜等組成。 1234561 1 線圈線圈 2 2 框架框架 3 3 襯套襯套 4 4 支架支架5 5 電纜電纜 6 6 插頭插頭19（4 4）應(yīng)用）應(yīng)用 導(dǎo)磁產(chǎn)品計(jì)數(shù)導(dǎo)磁產(chǎn)品計(jì)數(shù) 位移測(cè)量位移測(cè)量 振幅測(cè)量振幅測(cè)量 材質(zhì)、轉(zhuǎn)速材質(zhì)、轉(zhuǎn)速 應(yīng)力、硬度應(yīng)力、硬度 金屬材料無損探傷金屬材料無損探傷（裂紋、缺陷、殘余應(yīng)力） 20eg: 21位移測(cè)量位移測(cè)量eg:1 1被測(cè)板被測(cè)板 2 2渦流傳感器渦流傳感器(a) 汽輪機(jī)主軸的軸向位移測(cè)量汽輪機(jī)主軸的軸向位移測(cè)量(b) 磨床換向閥、先導(dǎo)閥的位移測(cè)量磨床換向閥、先導(dǎo)閥的位

7、移測(cè)量(c) 金屬試件的熱膨脹系數(shù)測(cè)量金屬試件的熱膨脹系數(shù)測(cè)量 22egeg: :振幅測(cè)量振幅測(cè)量 1 1被測(cè)體被測(cè)體 2 2傳感器傳感器(a) 汽輪機(jī)、空氣壓縮機(jī)主軸徑向振動(dòng)監(jiān)控汽輪機(jī)、空氣壓縮機(jī)主軸徑向振動(dòng)監(jiān)控 動(dòng)不平衡量及位置測(cè)量動(dòng)不平衡量及位置測(cè)量(b)(b)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片振幅的測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片振幅的測(cè)量(c)(c)數(shù)個(gè)傳感器探頭并排安置在軸附近（振型測(cè)量）數(shù)個(gè)傳感器探頭并排安置在軸附近（振型測(cè)量） 23egeg: :厚度測(cè)量厚度測(cè)量 2460Nfn f 頻率值頻率值(Hz)； N 旋轉(zhuǎn)體的槽旋轉(zhuǎn)體的槽(齒齒)數(shù)；數(shù)； n 被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速(rmin)。 egeg: :轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量 25egeg: :渦流無損探傷渦流無損探傷 26egeg: :渦流無損探傷渦流無損探傷a)a)較淺的裂縫信號(hào)較淺的裂縫信號(hào) b)b)經(jīng)幅值甄別后的信號(hào)經(jīng)幅值甄別后的信號(hào) 27（1 1）變換原理）變換原理: :互感效應(yīng)互感效應(yīng).5 5 互感型電感傳感器互感型電感傳感器-差動(dòng)變壓器傳感器差動(dòng)變壓器傳感器 差動(dòng)變壓器傳感器的結(jié)構(gòu)與輸出差動(dòng)變壓器傳感器的結(jié)構(gòu)與輸出28差動(dòng)變壓器位移傳感器差動(dòng)變壓器位移傳感器 29（3 3）差動(dòng)變壓器傳感器作小位移測(cè)量的）差動(dòng)變壓器傳感器作小位移測(cè)量的差動(dòng)相敏檢波電路差動(dòng)相敏檢波電路 差動(dòng)相敏