第5講變磁阻式傳感器

1、自感式傳感器自感式傳感器差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器電渦流傳感器電渦流傳感器變磁阻式傳感器變磁阻式傳感器變磁阻式傳感器的概述變磁阻式傳感器的概述變磁阻式傳感器的優(yōu)點(diǎn)變磁阻式傳感器的優(yōu)點(diǎn)變磁阻式傳感器的分類變磁阻式傳感器的分類變磁阻式傳感器由變磁阻式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料制成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料制成。IwILMRwIMRwL2自感式傳感器的工作原理自感式傳感器的工作原理RRRFM222111SLSLRF002SRRRF20022SwRwL變氣隙厚度的傳感器變氣隙厚度的傳感器線圈線圈鐵芯鐵芯銜鐵銜鐵變氣隙式自感傳感器變氣隙式自感傳感器L L與

2、與之間是非線性關(guān)系，之間是非線性關(guān)系， 特性曲線如圖所示。特性曲線如圖所示。2022SwRwLm 變隙式電壓傳感器的變隙式電壓傳感器的L -L -特性特性變氣隙式電感傳感器的輸出特性變氣隙式電感傳感器的輸出特性00220SwL 銜鐵下移銜鐵下移 0,000002222SwSwLLL122200002Sw00L000011LLLL銜鐵銜鐵初始電感量為初始電感量為忽略高次項(xiàng)：忽略高次項(xiàng)： 001LL0010LLK.3020001LL時(shí)，當(dāng) 10得：得：靈敏度靈敏度銜鐵上移銜鐵上移 0,00L.302000 LL時(shí)，當(dāng) 10忽略高次項(xiàng)：忽略高次項(xiàng)： 00LL000002222SNSNLLL得：得：0

3、010LLK 由上式可見，變間隙式電感傳感器的測(cè)量范圍與由上式可見，變間隙式電感傳感器的測(cè)量范圍與靈敏度及線性度相矛盾，所以變隙式電感傳感器靈敏度及線性度相矛盾，所以變隙式電感傳感器用于測(cè)量微小位移時(shí)是比較精確的。用于測(cè)量微小位移時(shí)是比較精確的。0010LLK靈敏度靈敏度銜鐵上移銜鐵上移 切線斜率變大切線斜率變大銜鐵下移銜鐵下移切線斜率變小切線斜率變小0K20000011LLK20000011LLK與與銜鐵上移：銜鐵上移：23000LL非線性部分23000LL非線性部分銜鐵下移：銜鐵下移：無(wú)論上移或下移，非線性都將增大。無(wú)論上移或下移，非線性都將增大。與線性度與線性度差動(dòng)變隙式電感傳感器差動(dòng)變

4、隙式電感傳感器sUL1L2RoRooU122131鐵 芯 ；2線 圈 ；3銜 鐵差動(dòng)變隙式電感傳感器差動(dòng)變隙式電感傳感器差動(dòng)變隙式電感傳感器差動(dòng)變隙式電感傳感器差動(dòng)變隙式電感傳感器差動(dòng)變隙式電感傳感器差動(dòng)變隙式自感傳感器差動(dòng)變隙式自感傳感器1-1-線圈線圈 2-2-鐵芯鐵芯 3-3-銜鐵銜鐵 4-4-導(dǎo)桿導(dǎo)桿12344 .LL32000011 .LL30200021銜鐵下移：銜鐵下移： )(ANL00122)(ANL002220002LLK.LLLL530000122.LLLLL5300000122aLxLkL靈敏度為：202sNL 變面積式自感傳感器變面積式自感傳感器變截面式傳感器變截面式傳

5、感器線圈線圈鐵芯鐵芯銜鐵銜鐵銜鐵移動(dòng)方向銜鐵移動(dòng)方向管內(nèi)的長(zhǎng)度柱形銜鐵插入到單個(gè)螺鐵芯有效磁導(dǎo)率單個(gè)螺管線圈長(zhǎng)度柱形銜鐵半徑線圈平均半徑單個(gè)線圈的電感量靈敏度為：cmccmLllrrLlLrrxLk2)(1(螺管式自感傳感器螺管式自感傳感器差動(dòng)式螺管型自感傳感器差動(dòng)式螺管型自感傳感器UsrUsc自感式傳感器的自感式傳感器的測(cè)量電路測(cè)量電路- -調(diào)幅電路調(diào)幅電路1.變壓器電路（工作臂變壓器電路（工作臂Z1、Z2為傳感器兩個(gè)線圈的阻為傳感器兩個(gè)線圈的阻抗。）抗。）00211022221LLULjrLjUZZUUUZZZUUUBA2.2.相敏檢波電路相敏檢波電路自感式傳感器的自感式傳感器的測(cè)量電路測(cè)

6、量電路- -調(diào)幅電路調(diào)幅電路非相敏整流和相敏整流電路輸出電壓比較非相敏整流和相敏整流電路輸出電壓比較(a) (a) 非相敏整流電路；（非相敏整流電路；（b b） 相敏整流電路相敏整流電路使用相敏整流，輸出電壓使用相敏整流，輸出電壓U U0 0不僅能反映銜鐵位移的不僅能反映銜鐵位移的大小和方向，而且還消除零點(diǎn)殘余電壓的影響。大小和方向，而且還消除零點(diǎn)殘余電壓的影響。 3.3.諧振式調(diào)幅電路諧振式調(diào)幅電路自感式傳感器的自感式傳感器的測(cè)量電路測(cè)量電路- -調(diào)幅電路調(diào)幅電路電路的靈敏度很高，但是線性差，適用于線性要求電路的靈敏度很高，但是線性差，適用于線性要求不高的場(chǎng)合。不高的場(chǎng)合。自感式傳感器的自感

7、式傳感器的測(cè)量電路測(cè)量電路- -調(diào)頻電路調(diào)頻電路傳感器自感變化將引起輸出電壓頻率的變化傳感器自感變化將引起輸出電壓頻率的變化 G GC CL Lf f靈敏度很高，但線性差，適用于線性要求不高的場(chǎng)合靈敏度很高，但線性差，適用于線性要求不高的場(chǎng)合 )/()2/(4/)(2/3LLfLCLCfL Lf f0 0LCf2/1自感式傳感器的自感式傳感器的測(cè)量電路測(cè)量電路- -調(diào)相電路調(diào)相電路)/(tg21RLLLRLRL)/(1)/(22自感式傳感器的自感式傳感器的靈敏度靈敏度 傳感器結(jié)構(gòu)靈敏度傳感器結(jié)構(gòu)靈敏度 轉(zhuǎn)換電路靈敏度轉(zhuǎn)換電路靈敏度 xLLkt/ )/()/(0LLukc總靈敏度總靈敏度 xuk

8、kkctz/0自感式傳感器的應(yīng)用舉例自感式傳感器的應(yīng)用舉例電感式傳感器電感式傳感器般用于接觸測(cè)量，可用于靜態(tài)和動(dòng)般用于接觸測(cè)量，可用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量。測(cè)量的基本量是位移，也可以用于振動(dòng)、壓態(tài)測(cè)量。測(cè)量的基本量是位移，也可以用于振動(dòng)、壓力、荷重、流量、液位等參數(shù)測(cè)量。力、荷重、流量、液位等參數(shù)測(cè)量。除螺管式電感傳感器外，還包括測(cè)量電橋、交流放除螺管式電感傳感器外，還包括測(cè)量電橋、交流放大器、相敏檢波器、振蕩器、穩(wěn)壓電源及顯示器等，大器、相敏檢波器、振蕩器、穩(wěn)壓電源及顯示器等，它主要用于精密微小位移測(cè)量。它主要用于精密微小位移測(cè)量。 變氣隙差動(dòng)式自感壓力傳感器變氣隙差動(dòng)式自感壓力傳感器自感式圓度儀

9、自感式圓度儀電感式圓度儀原理圖電感式圓度儀原理圖1-被測(cè)工件；被測(cè)工件；2-精密主軸：精密主軸：3-傳感器；傳感器；4 -工作臺(tái)工作臺(tái)傳感器傳感器3 3與精密主軸與精密主軸2 2一起回轉(zhuǎn)，主軸一起回轉(zhuǎn)，主軸2 2精度很高，在精度很高，在理想情況下可認(rèn)為它回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡是理想情況下可認(rèn)為它回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡是“真圓真圓”。當(dāng)。當(dāng)被測(cè)件被測(cè)件1 1有圓度誤差時(shí)，必定相對(duì)于有圓度誤差時(shí)，必定相對(duì)于“真圓真圓”產(chǎn)生徑產(chǎn)生徑向偏差，該偏差值被傳感器感受并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。載向偏差，該偏差值被傳感器感受并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。載有被測(cè)件半徑偏差信息的電信號(hào)，經(jīng)放大、相敏檢波、有被測(cè)件半徑偏差信息的電信號(hào)，經(jīng)放大、相敏檢波

10、、濾波、濾波、A AD D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)處理，最后數(shù)字顯示出轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)處理，最后數(shù)字顯示出圓度誤差；或用記錄儀器記錄下被測(cè)件的輪廓圖形圓度誤差；或用記錄儀器記錄下被測(cè)件的輪廓圖形( (徑向偏差徑向偏差) )。自感式圓度儀自感式圓度儀自感式傳感器測(cè)液位自感式傳感器測(cè)液位自感式滾柱直徑分選裝置自感式滾柱直徑分選裝置差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感變化的傳感器把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級(jí)繞組用差動(dòng)形式連接，原理制成的，并且次級(jí)繞組用差動(dòng)形式連接，

11、 故稱故稱差動(dòng)變壓器式傳感器。差動(dòng)變壓器式傳感器。 差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式：變隙式、變面積式（這兩種差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式：變隙式、變面積式（這兩種也稱氣隙型）和螺線管式等。也稱氣隙型）和螺線管式等。在非電量測(cè)量中，應(yīng)用最多的是螺線管式差動(dòng)變壓在非電量測(cè)量中，應(yīng)用最多的是螺線管式差動(dòng)變壓器，器， 它可以測(cè)量它可以測(cè)量1 1100mm100mm機(jī)械位移，并具有測(cè)量精機(jī)械位移，并具有測(cè)量精度高、靈敏度高、度高、靈敏度高、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。 1243(a)氣隙型氣隙型123(b)螺管型螺管型41 初級(jí)線圈初級(jí)線圈;2.3次級(jí)線圈次級(jí)線圈;4銜鐵銜鐵互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象EwEo

12、utWW1W2Esx-x螺管型差動(dòng)變壓器根據(jù)初、次級(jí)排列不同，有二節(jié)式、螺管型差動(dòng)變壓器根據(jù)初、次級(jí)排列不同，有二節(jié)式、三節(jié)式、四節(jié)式和五節(jié)式等形式。三節(jié)式、四節(jié)式和五節(jié)式等形式。差動(dòng)變壓器線圈各種排列形式差動(dòng)變壓器線圈各種排列形式1 1 初級(jí)線圈；初級(jí)線圈；2 2 次級(jí)線圈；次級(jí)線圈；3 3 銜鐵銜鐵( (a a) ) 二節(jié)式二節(jié)式 (b) (b) 三節(jié)式三節(jié)式 (c) (c) 四節(jié)式四節(jié)式 (d) (d) 五節(jié)式五節(jié)式31121 2112212123三節(jié)式的零點(diǎn)電位較小，二節(jié)式比三節(jié)式靈敏度高、三節(jié)式的零點(diǎn)電位較小，二節(jié)式比三節(jié)式靈敏度高、線性范圍大，四節(jié)式和五節(jié)式改善了傳感器線性度。線性

13、范圍大，四節(jié)式和五節(jié)式改善了傳感器線性度。差動(dòng)變壓器的等效電路差動(dòng)變壓器的等效電路差動(dòng)變壓器等效電路差動(dòng)變壓器等效電路差動(dòng)變壓器輸出特性差動(dòng)變壓器輸出特性差動(dòng)變壓器主要特性差動(dòng)變壓器主要特性1 1靈敏度靈敏度差動(dòng)變壓器的靈敏度是指差動(dòng)變壓器在單位電壓激磁差動(dòng)變壓器的靈敏度是指差動(dòng)變壓器在單位電壓激磁下下, ,鐵芯移動(dòng)單位距離時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓的變化，鐵芯移動(dòng)單位距離時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓的變化，其單位為其單位為V/(mmV/(mm V )V )，一般差動(dòng)變壓器的靈敏度大，一般差動(dòng)變壓器的靈敏度大于于5 5V/mmV/mm V V。 要提高差動(dòng)變壓器的靈敏度可以通過以下幾種途徑：要提高差動(dòng)變壓器的靈

14、敏度可以通過以下幾種途徑：見書見書P67P67。 2.2.線性度線性度理想的差動(dòng)變壓器次級(jí)輸出電壓與鐵芯位移成線性關(guān)理想的差動(dòng)變壓器次級(jí)輸出電壓與鐵芯位移成線性關(guān)系。實(shí)際上，由于鐵芯的直徑、尺度、材料的不同和線系。實(shí)際上，由于鐵芯的直徑、尺度、材料的不同和線圈骨架的形狀、大小的不同等，均對(duì)線性關(guān)系有直接影圈骨架的形狀、大小的不同等，均對(duì)線性關(guān)系有直接影響，所以，一般差動(dòng)變壓器的線性范圍約為線圈骨架長(zhǎng)響，所以，一般差動(dòng)變壓器的線性范圍約為線圈骨架長(zhǎng)度的度的1/101/41/101/4。差動(dòng)變壓器的線性度不僅是指鐵芯位移與次級(jí)電壓的差動(dòng)變壓器的線性度不僅是指鐵芯位移與次級(jí)電壓的關(guān)系，還要求次級(jí)電壓

15、的相位角為一定值。后一點(diǎn)往往關(guān)系，還要求次級(jí)電壓的相位角為一定值。后一點(diǎn)往往比較難以滿足，考慮到此因素，差動(dòng)變壓器的線性范圍比較難以滿足，考慮到此因素，差動(dòng)變壓器的線性范圍約為線圈骨架全長(zhǎng)的約為線圈骨架全長(zhǎng)的1/101/10左右。另外，線性度好壞與激左右。另外，線性度好壞與激磁頻率、負(fù)載電阻等都有關(guān)系。獲得最佳線性度的激磁磁頻率、負(fù)載電阻等都有關(guān)系。獲得最佳線性度的激磁頻率隨鐵芯長(zhǎng)度而異。頻率隨鐵芯長(zhǎng)度而異。如果將差動(dòng)變壓器的交流輸出電壓用差動(dòng)整流電路進(jìn)如果將差動(dòng)變壓器的交流輸出電壓用差動(dòng)整流電路進(jìn)行整流，能使輸出電壓線性度得到改善。也可以利用測(cè)行整流，能使輸出電壓線性度得到改善。也可以利用測(cè)

16、量電路來(lái)改善差動(dòng)變壓器的線性度和擴(kuò)展線性范圍。量電路來(lái)改善差動(dòng)變壓器的線性度和擴(kuò)展線性范圍。零點(diǎn)殘余電壓零點(diǎn)殘余電壓當(dāng)銜鐵位于中心位置時(shí)，差動(dòng)變壓器輸出電壓并不等當(dāng)銜鐵位于中心位置時(shí)，差動(dòng)變壓器輸出電壓并不等于零，我們把差動(dòng)變壓器在零位移時(shí)的輸出電壓稱為于零，我們把差動(dòng)變壓器在零位移時(shí)的輸出電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓，記作零點(diǎn)殘余電壓，記作Ux，它的存在使傳感器的輸出特，它的存在使傳感器的輸出特性不經(jīng)過零點(diǎn)，造成實(shí)際特性與理論特性不完全一致。性不經(jīng)過零點(diǎn)，造成實(shí)際特性與理論特性不完全一致。 零點(diǎn)殘余電壓一般在幾十毫伏以下，在實(shí)際使用時(shí)，零點(diǎn)殘余電壓一般在幾十毫伏以下，在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)設(shè)法減小應(yīng)設(shè)法減

17、小Ux，否則將會(huì)影響傳感器的測(cè)量結(jié)果。，否則將會(huì)影響傳感器的測(cè)量結(jié)果。產(chǎn)生零點(diǎn)殘余電壓的原因產(chǎn)生零點(diǎn)殘余電壓的原因(1)(1)。差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)繞組因材料或。差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)繞組因材料或工藝等差異造成電路參數(shù)工藝等差異造成電路參數(shù)(R(R、L L、M)M)不同；初級(jí)線圈不同；初級(jí)線圈中銅損電阻及導(dǎo)磁材料的鐵損、線圈匝間電容的存在，中銅損電阻及導(dǎo)磁材料的鐵損、線圈匝間電容的存在，使激勵(lì)電流與其所產(chǎn)生的磁通不同相。使激勵(lì)電流與其所產(chǎn)生的磁通不同相。(2)(2)。高次諧波主要由導(dǎo)磁材料磁化曲線的。高次諧波主要由導(dǎo)磁材料磁化曲線的非線性引起。由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使得非線性引起。由于磁

18、滯損耗和鐵磁飽和的影響，使得激磁電流與磁通波形不一致，產(chǎn)生非正弦激磁電流與磁通波形不一致，產(chǎn)生非正弦( (主要是三主要是三次諧波次諧波) )磁通從而在次級(jí)繞組感應(yīng)出非正弦電勢(shì)。磁通從而在次級(jí)繞組感應(yīng)出非正弦電勢(shì)。圖是利用作圖法表示非正弦磁通的產(chǎn)生過程，同樣可圖是利用作圖法表示非正弦磁通的產(chǎn)生過程，同樣可以分析，由于磁化曲線的非線性影響，使正弦磁通產(chǎn)以分析，由于磁化曲線的非線性影響，使正弦磁通產(chǎn)生尖頂?shù)碾娏鞑ㄐ紊忭數(shù)碾娏鞑ㄐ? (亦包含三次諧波亦包含三次諧波) )。消除零點(diǎn)殘余電壓的方法消除零點(diǎn)殘余電壓的方法 (1)從設(shè)計(jì)和工藝上盡量保證從設(shè)計(jì)和工藝上盡量保證。 (2)選用選用。采。采用相敏檢

19、波電路不僅可以鑒用相敏檢波電路不僅可以鑒別鐵芯移動(dòng)方向，而且可以別鐵芯移動(dòng)方向，而且可以消除零點(diǎn)殘余電壓中的高次消除零點(diǎn)殘余電壓中的高次諧波成分，如圖所示，采用諧波成分，如圖所示，采用相敏檢波后鐵芯反行程時(shí)的相敏檢波后鐵芯反行程時(shí)的特性曲線由特性曲線由1到到2，從而降低，從而降低零點(diǎn)殘余電壓。零點(diǎn)殘余電壓。(3)(3)。l根據(jù)零點(diǎn)殘余誤差的產(chǎn)生原因，主要有以下幾類補(bǔ)根據(jù)零點(diǎn)殘余誤差的產(chǎn)生原因，主要有以下幾類補(bǔ)償電路償電路( (見書見書P68P68圖圖3.2.9)3.2.9)：a.a.加串聯(lián)電阻加串聯(lián)電阻(0.55(0.55 ) )消除基波同相成分消除基波同相成分b.b.并聯(lián)電容并聯(lián)電容C(10

20、0500pF)C(100500pF)，改變某一次級(jí)繞組相位，改變某一次級(jí)繞組相位，c.c.消除高次諧波分量消除高次諧波分量d.d.加并聯(lián)電阻加并聯(lián)電阻(0.11)(0.11)102k102k 消除基波中正交成分；消除基波中正交成分；加反饋繞組和反饋電容補(bǔ)償基波及高次諧波分量。加反饋繞組和反饋電容補(bǔ)償基波及高次諧波分量。差動(dòng)變壓器的轉(zhuǎn)換電路差動(dòng)變壓器的轉(zhuǎn)換電路-差動(dòng)整流電路差動(dòng)整流電路差動(dòng)變壓器的轉(zhuǎn)換電路差動(dòng)變壓器的轉(zhuǎn)換電路-相敏檢波電路相敏檢波電路外力作用下，變形外力作用下，變形使差動(dòng)變壓器的鐵使差動(dòng)變壓器的鐵芯微位移，變壓器芯微位移，變壓器次極產(chǎn)生相應(yīng)電信次極產(chǎn)生相應(yīng)電信號(hào)。號(hào)。差動(dòng)變壓器的

21、應(yīng)用差動(dòng)變壓器的應(yīng)用-力測(cè)量力測(cè)量差動(dòng)變壓器的應(yīng)用差動(dòng)變壓器的應(yīng)用-位移測(cè)量位移測(cè)量 差動(dòng)變壓器測(cè)量的基本量仍然是位移。它可以作為精密測(cè)量差動(dòng)變壓器測(cè)量的基本量仍然是位移。它可以作為精密測(cè)量?jī)x的主要部件，對(duì)零件進(jìn)行多種精密測(cè)量工作，如內(nèi)徑、外徑、儀的主要部件，對(duì)零件進(jìn)行多種精密測(cè)量工作，如內(nèi)徑、外徑、不平行度、粗糙度、不垂直度、振擺、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(dòng)自動(dòng)偏心和橢圓度等；作為軸承滾動(dòng)自動(dòng)分選機(jī)的主要測(cè)量部件，可以分選大、分選機(jī)的主要測(cè)量部件，可以分選大、小鋼球、圓柱、圓錐等；用于測(cè)量各小鋼球、圓柱、圓錐等；用于測(cè)量各種零件膨脹、伸長(zhǎng)、應(yīng)變等。種零件膨

22、脹、伸長(zhǎng)、應(yīng)變等。 圖為圖為。當(dāng)某一。當(dāng)某一設(shè)定液位使鐵芯處于中心位置時(shí)，差設(shè)定液位使鐵芯處于中心位置時(shí)，差動(dòng)變壓器輸出信號(hào)動(dòng)變壓器輸出信號(hào)Uo=0Uo=0；當(dāng)液位上升；當(dāng)液位上升或下降時(shí)，或下降時(shí)，UoUo 0 0，通過相應(yīng)的測(cè)量電，通過相應(yīng)的測(cè)量電路便能確定液位的高低。路便能確定液位的高低。 差動(dòng)變壓器的應(yīng)用差動(dòng)變壓器的應(yīng)用-壓力測(cè)量壓力測(cè)量這種微壓力變送器，經(jīng)分檔可測(cè)這種微壓力變送器，經(jīng)分檔可測(cè)( 4+6) 104N/m2的的壓力，輸出信號(hào)電壓為壓力，輸出信號(hào)電壓為050mV，精度，精度1.0級(jí)、級(jí)、1.5級(jí)。級(jí)。 差動(dòng)變壓器和彈性敏感元件組合，可以組成開環(huán)壓力差動(dòng)變壓器和彈性敏感元件組

23、合，可以組成開環(huán)壓力傳感器。由于差動(dòng)變壓器輸出是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，常稱為變送傳感器。由于差動(dòng)變壓器輸出是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，常稱為變送器。器。 利用差動(dòng)變壓器加上懸臂梁彈性支承可構(gòu)成加速度計(jì)。為利用差動(dòng)變壓器加上懸臂梁彈性支承可構(gòu)成加速度計(jì)。為了滿足測(cè)量精度，加速度計(jì)的固有頻率應(yīng)比被測(cè)頻率上限大了滿足測(cè)量精度，加速度計(jì)的固有頻率應(yīng)比被測(cè)頻率上限大35倍。由于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量倍。由于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量m不可能太小，而增加彈性片剛度不可能太小，而增加彈性片剛度k又使加速度計(jì)靈敏度受到影響，因此系統(tǒng)固有頻率不可能很又使加速度計(jì)靈敏度受到影響，因此系統(tǒng)固有頻率不可能很高。所以，能測(cè)量的振動(dòng)頻率上限就受到限制，一般在高。所以，能測(cè)

24、量的振動(dòng)頻率上限就受到限制，一般在150Hz以下。高頻時(shí)加速度測(cè)量用壓電式傳感器。以下。高頻時(shí)加速度測(cè)量用壓電式傳感器。差動(dòng)變壓器的應(yīng)用差動(dòng)變壓器的應(yīng)用-振動(dòng)和加速度測(cè)量振動(dòng)和加速度測(cè)量差動(dòng)變壓器的應(yīng)用差動(dòng)變壓器的應(yīng)用-測(cè)速測(cè)速放大器加法器交流電源直流電源跟隨器跟隨器減法器低通濾波器磁芯電渦流式傳感器概述電渦流式傳感器概述成塊的金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場(chǎng)中時(shí)，金屬導(dǎo)體內(nèi)就要產(chǎn)成塊的金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場(chǎng)中時(shí)，金屬導(dǎo)體內(nèi)就要產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流的流線在金屬導(dǎo)體內(nèi)自動(dòng)閉合，通常稱生感應(yīng)電流，這種電流的流線在金屬導(dǎo)體內(nèi)自動(dòng)閉合，通常稱為電渦流。為電渦流。xfrFZ,電渦流傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)寬

25、、靈敏度高、抗干擾能電渦流傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量線性范圍大，而且又具有非接觸測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，因此力強(qiáng)、測(cè)量線性范圍大，而且又具有非接觸測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。電渦流傳感器可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。電渦流傳感器可以測(cè)量位移、振動(dòng)、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度等參數(shù)，并且還可以進(jìn)以測(cè)量位移、振動(dòng)、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度等參數(shù)，并且還可以進(jìn)行無(wú)損探傷和制作接近開關(guān)。行無(wú)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（應(yīng)用廣泛）和電渦流傳感器主要有兩種類型：高頻反射式（應(yīng)用廣泛）和低頻透射式低頻透射式. .電渦流式傳感器的基本結(jié)

26、構(gòu)電渦流式傳感器的基本結(jié)構(gòu)線圈線圈1繞制在用聚四氟乙烯做成的線圈骨架繞制在用聚四氟乙烯做成的線圈骨架2內(nèi)，線圈內(nèi)，線圈用多股漆包線或銀線繞制成扁平盤狀。使用時(shí)，通過骨用多股漆包線或銀線繞制成扁平盤狀。使用時(shí)，通過骨架襯套架襯套3將整個(gè)傳感器安裝在支架將整個(gè)傳感器安裝在支架4上，上，5、6是電纜和插是電纜和插頭。頭。 電渦流傳感器結(jié)構(gòu)電渦流傳感器結(jié)構(gòu) 電渦流傳感器（接近開關(guān)）外型圖電渦流傳感器（接近開關(guān)）外型圖電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)原理電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)原理電渦流式傳感器的基本原理電渦流式傳感器的基本原理如圖：當(dāng)線圈通交變電流如圖：當(dāng)線圈通交變電流i i1 1 交變磁場(chǎng)交變磁場(chǎng)H H1 1 金屬

27、板中將產(chǎn)金屬板中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 電渦流電渦流i i2 2 磁場(chǎng)磁場(chǎng)H H2 2 H H2 2對(duì)線圈的反作用對(duì)線圈的反作用( (減弱線圈原磁場(chǎng)減弱線圈原磁場(chǎng)),),從而導(dǎo)致線圈的電感量從而導(dǎo)致線圈的電感量L L、阻抗、阻抗Z Z或品質(zhì)因或品質(zhì)因數(shù)數(shù)Q Q發(fā)生變化。發(fā)生變化。xfrFZ,電渦流式傳感器的等效電路電渦流式傳感器的等效電路線圈金屬導(dǎo)體 02222121111ILjIRIMjEIMjILjIR 222212122221222222222222222111LRIMRjILMLjRIMjIZELRLMLjLRRMREI SS2222222122222221jRLRLMLjLRR

28、MRZ21222222212122222221LLLLRMLLRRRLRMRRSS由此可得傳感器線圈由于受金屬導(dǎo)體中電渦流效應(yīng)影由此可得傳感器線圈由于受金屬導(dǎo)體中電渦流效應(yīng)影響的復(fù)阻抗為響的復(fù)阻抗為:得出線圈的等效電阻和等效電感分別為得出線圈的等效電阻和等效電感分別為:測(cè)量電路測(cè)量電路- -調(diào)頻式測(cè)量電路調(diào)頻式測(cè)量電路 利用調(diào)頻諧振電路的特點(diǎn)，線圈電感量的變化可以利用調(diào)頻諧振電路的特點(diǎn)，線圈電感量的變化可以直接使振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)直接使振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。然后通過鑒頻器及附加電路將頻率的變化再變成制。然后通過鑒頻器及附加電路將頻率的變化再變成電壓輸

29、出。電壓輸出。測(cè)量電路測(cè)量電路- -調(diào)幅式測(cè)量電路調(diào)幅式測(cè)量電路 調(diào)幅式測(cè)量電路穩(wěn)頻穩(wěn)幅正弦波振蕩器的輸出信號(hào)由電阻調(diào)幅式測(cè)量電路穩(wěn)頻穩(wěn)幅正弦波振蕩器的輸出信號(hào)由電阻R R加到加到傳感器上。先使傳感器遠(yuǎn)離被測(cè)物，則傳感器上。先使傳感器遠(yuǎn)離被測(cè)物，則L LL L ( (即即x x趨于趨于 時(shí)的電感時(shí)的電感值值) )，調(diào)振蕩器的頻率到，調(diào)振蕩器的頻率到 ，得出最大輸出電壓，得出最大輸出電壓u u ，然后保持振蕩器的頻率然后保持振蕩器的頻率f fo o和幅值不變，當(dāng)被測(cè)物與傳感器線圈接和幅值不變，當(dāng)被測(cè)物與傳感器線圈接近時(shí)，由于電渦流效應(yīng)，使線圈的電感量近時(shí)，由于電渦流效應(yīng)，使線圈的電感量L L變化

30、，并使回路失諧，變化，并使回路失諧，從而使輸出電壓從而使輸出電壓u u降低，由降低，由u u的下降程度判斷距離的下降程度判斷距離x x的大小。的大小。 CLfo 21測(cè)量電路測(cè)量電路- -電橋測(cè)量電路電橋測(cè)量電路Z Z1 1、 Z Z2 2為差動(dòng)式傳感器的兩個(gè)線圈，或者一個(gè)是傳為差動(dòng)式傳感器的兩個(gè)線圈，或者一個(gè)是傳感器線圈，一個(gè)是固定平衡線圈。橋路輸出電壓幅值感器線圈，一個(gè)是固定平衡線圈。橋路輸出電壓幅值隨傳感器線圈阻抗變化而變化。隨傳感器線圈阻抗變化而變化。電渦流式傳感器的應(yīng)用電渦流式傳感器的應(yīng)用1位移測(cè)量位移測(cè)量凡是可變換成位移量的參數(shù)，都可以用電渦流式傳感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(lái)測(cè)量。器來(lái)測(cè)量。電渦流位移計(jì)（電渦流位移計(jì)（1-1-被測(cè)試件被測(cè)試件 2-2-電渦流傳感器）電渦流傳感器）軸向位移軸向位移(a)(a)；磨床換向閥、先導(dǎo)閥的位移