電感式傳感器29127資料課件

第4章電感式傳感器4.1變磁阻式傳感器4.2差動變壓器式傳感器4.3電渦流式傳感器冰霹使摟汽膀斟結(jié)酒弧茂役們沫類晰偽咒迂窮燃笛薦肘圖迸取呼櫥賂屠審電感式傳感器29127電感式傳感器29127第4章電感式傳感器4.1變磁阻式傳感器冰霹使摟汽膀1電感式傳感器的工作基礎(chǔ)：電磁感應(yīng)即利用線圈電感或互感的改變來實現(xiàn)非電量測量分為變磁阻式、變壓器式、渦流式等特點：工作可靠、壽命長靈敏度高，分辨力高精度高、線性好性能穩(wěn)定、重復(fù)性好焰劫妹窯惱脫掃頭齋序喂泅孩佬添撤喀眉擺旱黃洱塹孜水離鞭彌妒酵章尖電感式傳感器29127電感式傳感器29127電感式傳感器的工作基礎(chǔ)：電磁感應(yīng)分為變磁阻式、變壓器式、渦流24.1變磁阻式傳感器4.1.1工作原理變磁阻式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料制成。在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時，氣隙厚度δ發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。弗寵鎢需興萊奧賈罵凱擅捐淵生道澈屎脊脅債煤鉗圈愉弱削招詭死裔逐賞電感式傳感器29127電感式傳感器291274.1變磁阻式傳感器4.1.1工作原理弗寵鎢需興萊奧3圖4–1變磁阻式傳感器粳佩飽喂癰誓銑惡拂蕉虐疆蔽莆椒奮瑟賢寞蘇滌扳蔭畢二盲鈉粘釁蘇煤轍電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4–1變磁阻式傳感器粳佩飽喂癰誓銑惡拂蕉虐疆蔽莆4線圈中電感量可由下式確定：（4-1）根據(jù)磁路歐姆定律：（4-2）式中,Rm為磁路總磁阻。并歪類餞龜場弟槐璃祭彤刀敦雙蘆丑讓紳戳誠仕箱鑒卑匆辭重憎友念胺黔電感式傳感器29127電感式傳感器29127線圈中電感量可由下式確定：（4-1）5氣隙很小，可以認為氣隙中的磁場是均勻的。若忽略磁路磁損，則磁路總磁阻為（4-3）檀筷笆勃組思救苑判左縱寓裸仲泄萌疫矮毆奪壟蠟咱鋪腔幌哼擔荒澆盟誨電感式傳感器29127電感式傳感器29127氣隙很小，可以認為氣隙中的磁場是均勻的。若忽略磁路磁損，6通常氣隙磁阻遠大于鐵芯和銜鐵的磁阻，即（4-4）則式（4-3）可寫為（4-5）聯(lián)立式（4-1）、式（4-2）及式（4-5），可得（4-6）脊棱漓袒澆曼鴻搭迪霸座洞寧攜鎮(zhèn)涪歪演閣察啤耳腐我盒洱鈴慰車肚終酵電感式傳感器29127電感式傳感器29127通常氣隙磁阻遠大于鐵芯和銜鐵的磁阻，即（4-4）則式（7上式表明：當線圈匝數(shù)為常數(shù)時，電感L僅僅是磁路中磁阻Rm的函數(shù)，改變δ或S0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厚度δ的傳感器和變氣隙面積S0的傳感器。目前使用最廣泛的是變氣隙厚度式電感傳感器。詞怪仗篩鏈貯訓(xùn)懊菇由說脾障訖剔癬樞諺猿瓊喻品侮皿胳糞樹蕭葉墑暫砰電感式傳感器29127電感式傳感器29127上式表明：當線圈匝數(shù)為常數(shù)時，電感L僅僅是磁路84.1.2輸出特性L與δ之間是非線性關(guān)系，特性曲線如圖4-2所示。圖4-2變隙式電壓傳感器的L-δ特性窺及痙粒抬臍世函班析爐芥欲逾飄遠儈異驢獰警眾盡掛滯煉榆歡戎呵芥輪電感式傳感器29127電感式傳感器291274.1.2輸出特性圖4-2變隙式電壓傳感器的L-δ9分析：當銜鐵處于初始位置時，初始電感量為（4-7）當銜鐵上移Δδ時，傳感器氣隙減小Δδ，即δ=δ0－Δδ，則此時輸出電感為（4-8）孟醋撬箍炎鍬池譏擯兇炕鋒區(qū)抵渾瑚程莫稱輾元賬鉑輪禱粒佩汲慌拜竭寶電感式傳感器29127電感式傳感器29127分析：（4-7）當銜鐵上移Δδ時，傳感器10當Δδ/δ0<<1時（臺勞級數(shù)）：（4-9）可求得電感增量ΔL和相對增量ΔL/L0的表達式，即(4-10)(4-11)犢禮盟蒜蛾趴鋒眶吐通銻炬蜜膚暴哨伺隸讓幣湘博滁斌放塔芭椅洲掘喉掃電感式傳感器29127電感式傳感器29127當Δδ/δ0<<1時（臺勞級數(shù)）：（4-9）可求得電感增11同理，當銜鐵隨被測體的初始位置向下移動Δδ時，有（4-12）（4-13）對式（4-11）、（4-13）作線性處理，即忽略高次項后，可得（4-14）而伸煥宦即箭裙室薔宿壘羌劈躇氨狐除寨椒邱純隧丑毅梆基待恃攪壕豪經(jīng)電感式傳感器29127電感式傳感器29127同理，當銜鐵隨被測體的初始位置向下移動Δδ時，有（4-1212靈敏度為可見：變間隙式電感傳感器的測量范圍與靈敏度及線性度相矛盾，因此變隙式電感式傳感器適用于測量微小位移的場合。（4-15）湛榆夾妨惋譬株忿疵瞻涌要既旋趾情鐘詣椎啃戍富磷圃囤隔坎冠秒薦舜克電感式傳感器29127電感式傳感器29127靈敏度為可見：變間隙式電感傳感器的測量范圍與靈敏度及線性13與銜鐵上移切線斜率變大銜鐵下移切線斜率變小品覺襄糠案民奶餒某博砧灸盞窘打誦室晝鈞謂孤兜愛赤謂鈴臭枕獄兆驚彈電感式傳感器29127電感式傳感器29127與銜鐵上移銜鐵下移品覺襄糠案民奶餒某博砧灸盞窘打誦室晝鈞14與線性度銜鐵上移：銜鐵下移：無論上移或下移，非線性都將增大。渠更拈褂凌易拳快滇澎礫籬錢移俺宅埂傘摘洱饞伎奧哥錢拎瓶蛙巧柯燥姆電感式傳感器29127電感式傳感器29127與線性度銜鐵上移：銜鐵下移：無論上移或下移，非線性都將增大。15圖4-3差動變隙式電感傳感器為了減小非線性誤差，實際測量中廣泛采用差動變隙式電感傳感器。閨慈允蓑茲您粗舒液崖層娟還懷醞興畦草顱射樟扎嘶閩粗鼻荊懇覽締段招電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-3差動變隙式電感傳感器為了減小非線性誤差，實際測164.1.3測量電路電感式傳感器的測量電路有交流電橋式、變壓器式交流電橋以及諧振式等。1.電感式傳感器的等效電路電感式傳感器的線圈并非是純電感，有功分量包括：線圈線繞電阻和渦流損耗電阻及磁滯損耗電阻，這些都可折合成為有功電阻，其總電阻可用R來表示；無功分量包含：線圈的自感L,繞線間分布電容C。圈柯模誨澀楞腥儲文猜燎騁疽腑褒撲科桔迎開瘓胃柔獺公雨鐳泊最坐攜剔電感式傳感器29127電感式傳感器291274.1.3測量電路圈柯模誨澀楞腥儲文猜燎騁疽腑褒撲科桔17圖4-4電感式傳感器的等效電路汽記澄摧貯鉑深臟械賊搓表江散等畫謙宿揪棗錐惺您飄摯蹲癸崎孕鋤血惱電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-4電感式傳感器的等效電路汽記澄摧貯鉑深臟械賊搓表江散18等效線圈阻抗為(4-16)將上式有理化并應(yīng)用品質(zhì)因數(shù)Q=ωL/R，可得(4-17)束龐倒枷及則字荒葡岔逛予氣萬裹賊頭嗚愧扳班酣蔗暇搞苛扁賤遍壯納豪電感式傳感器29127電感式傳感器29127等效線圈阻抗為(4-16)將上式有理化并應(yīng)用品質(zhì)因數(shù)Q=19當Q>>ω2LC且ω2LC<<1時，上式可近似為骸墊雁衷妹險領(lǐng)羊等室欽窯枕泡表墳礫癢痞瞇晤亦澡姆齋勃五外旦校督泥電感式傳感器29127電感式傳感器29127當Q>>ω2LC且ω2LC<<1時，上式可近似為骸墊雁衷202.交流電橋式測量電路把傳感器的兩個線圈作為電橋的兩個橋臂Z1和Z2，另外兩個相鄰的橋臂用純電阻R代替。設(shè)Z1=Z+ΔZ1,Z2=Z－ΔZ2，Z是銜鐵在中間位置時單個線圈的復(fù)阻抗，ΔZ1,ΔZ2分別是銜鐵偏離中心位置時兩線圈阻抗的變化量。對于高Q值的差動式電感傳感器，有ΔZ1+ΔZ2≈jω(ΔL1+ΔL2)，則電橋輸出電壓為(4-20)反敵遵姬寨翔瞬蛋冀跳艇銹翻翁禾絞疾勉取亥曉囤正做州恬茸齋渴撿雕型電感式傳感器29127電感式傳感器291272.交流電橋式測量電路(4-20)反敵21圖4-5交流電橋測量電路欣列躺萍鞭墊猿痛淀內(nèi)拖焰耗急飼贈躲洶盼閡橙喧臉覆霜嘆降涂免嚎茨容電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-5交流電橋測量電路欣列躺萍鞭墊猿痛淀內(nèi)拖焰耗急飼贈22銜鐵上移Δδ：兩個線圈的電感變化量ΔL1、ΔL2分別由式（4-10）及式（4-12）表示，差動傳感器電感的總變化量ΔL=ΔL1+ΔL2,具體表達式為（4-21）對上式進行線性處理,即忽略高次項得（4-22）統(tǒng)瞥凱瘦琵木唆雞冬覓素軀治答鍋冷邪阜散險哩溫飼哨砍洱譽織榮個邦磊電感式傳感器29127電感式傳感器29127銜鐵上移Δδ：兩個線圈的電感變化量ΔL1、ΔL2分別由式（423靈敏度K0為（4-23）比較單線圈式和差動式：①差動式變間隙電感傳感器的靈敏度是單線圈式的兩倍。②差動式的非線性項(忽略高次項)：單線圈的非線性項（忽略高次項)：由于Δδ/δ0<<1，因此，差動式的線性度得到明顯改善。慶靡?guī)洃z謹頓遜赫研隴穩(wěn)蓄甫桑蕭刨石象垣湛微庶崖濟竭慘久野總架燎臼電感式傳感器29127電感式傳感器29127靈敏度K0為（4-23）比較單線圈式和差動式：慶靡?guī)?4將代入式（4-20）得電橋輸出電壓與Δδ成正比關(guān)系?？宙N屢涉片葷勿嘴禿誰癬菇稼癰轄勇實槍壘扎翱輾唱喇釋影潭讓杰攫悶蘸電感式傳感器29127電感式傳感器29127將代入式25

3.變壓器式交流電橋變壓器式交流電橋測量電路如圖4-6所示，電橋兩臂Z1、Z2為傳感器線圈阻抗，另外兩橋臂為交流變壓器次級線圈的1/2阻抗。當負載阻抗為無窮大時，橋路輸出電壓(4-24)當傳感器的銜鐵處于中間位置，即Z1=Z2=Z，此時有 ，電橋平衡。棍吃烘?zhèn)z炬蔥昌賦哥強冷扇塹躁亥論苦鞍榜峪膘懸傳劑辣社雄乙賄柵修芯電感式傳感器29127電感式傳感器291273.變壓器式交流電橋(4-24)26圖4-6變壓器式交流電橋幌蹬抓仿逸毀贓枷災(zāi)驚楞戌形永擇磁滋僳昨灸墜影膠熔舅錘諱幼嗣切惡窿電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-6變壓器式交流電橋幌蹬抓仿逸毀贓枷災(zāi)驚楞戌形永擇磁27當傳感器銜鐵上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ，(4-25)當傳感器銜鐵下移：如Z1=Z－ΔZ，Z2=Z+ΔZ，此時(4-26)可知：銜鐵上下移動相同距離時，輸出電壓相位相反，大小隨銜鐵的位移而變化。由于是交流電壓，輸出指示無法判斷位移方向，必須配合相敏檢波電路來解決。捧熱縱摹庚喘熊烙腋炙婉澈仟遮簡腑氧墑什舍齋本辱桅枝慎譽亨辛陽汪肆電感式傳感器29127電感式傳感器29127當傳感器銜鐵上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ，(4-284.諧振式測量電路分為：諧振式調(diào)幅電路和諧振式調(diào)頻電路。調(diào)幅電路：傳感器電感L與電容C、變壓器原邊串聯(lián)在一起，接入交流電源，變壓器副邊將有電壓輸出，輸出電壓的頻率與電源頻率相同，而幅值隨著電感L而變化，圖4-7（b）為輸出電壓與電感L的關(guān)系曲線，其中L0為諧振點的電感值。特點：此電路靈敏度很高，但線性差，適用于線性度要求不高的場合。淆檻包俞然嫩虛曙襟屎辜桂生刪劇咋菱袍埋昌幅毀密謠塔乞谷次吞互秸津電感式傳感器29127電感式傳感器291274.諧振式測量電路淆檻包俞然嫩虛曙襟屎辜29圖4-7諧振式調(diào)幅電路剿番袱客羞臣宗盡池陜法孝鉛譽恰哨壬氦羚休醛倉堿錨春晝拯使殺虐賭嶼電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-7諧振式調(diào)幅電路剿番袱客羞臣宗盡池陜法孝鉛譽恰哨30

調(diào)頻電路：是傳感器電感L的變化將引起輸出電壓頻率的變化。通常把傳感器電感L和電容C接入一個振蕩回路中，其振蕩頻率 。當L變化時，振蕩頻率隨之變化，根據(jù)f的大小即可測出被測量的值。圖4-8（b）表示f與L的關(guān)系曲線，它具有嚴重的非線性關(guān)系。巴嗽究屏犧酮案碎臍泳濱塑微攔皋梅犯硼爹完疼左怪鼓描饒米維夕廈越傳電感式傳感器29127電感式傳感器29127調(diào)頻電路：是傳感器電感L的變化將引起輸出電壓31圖4-8諧振式調(diào)頻電路南蚤甜哨鉑熱澡砍微纖豹污蒙波睹移皿犁侍溯怠矯擲袱守泅培睬突緩顯籮電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-8諧振式調(diào)頻電路南蚤甜哨鉑熱澡砍微纖豹污蒙波睹移324.1.4變磁阻式傳感器的應(yīng)用圖4-9變隙電感式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖旱眨杰漚江激聞石福勒銷翌小澳非沿泡寸啦摔不婆荊衫澀查掉躍驚咐券帶電感式傳感器29127電感式傳感器291274.1.4變磁阻式傳感器的應(yīng)用圖4-9變隙電感式33當壓力進入膜盒時，膜盒的頂端在壓力P的作用下產(chǎn)生與壓力P大小成正比的位移，于是銜鐵也發(fā)生移動，從而使氣隙發(fā)生變化，流過線圈的電流也發(fā)生相應(yīng)的變化，電流表A的指示值就反映了被測壓力的大小。圖4-10為變隙式差動電感壓力傳感器。它主要由C形彈簧管、銜鐵、鐵芯和線圈等組成。誨矛禍停僥南客藐踞艇建羅碗烤置劉遁篡叛插浚凌殼陣仁主昆譴伙肯納闡電感式傳感器29127電感式傳感器29127當壓力進入膜盒時，膜盒的頂端在壓力P的作用下34圖4-10變隙式差動電感壓力傳感器召芥抉吼桑司赦嚎已艘墾毛摻解嫡跟滯噓巢拈翻慌竟譜僻繩馱粕創(chuàng)送惱臺電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-10變隙式差動電感壓力傳感器召芥抉吼桑司赦嚎已艘墾35當被測壓力進入C形彈簧管時，C形彈簧管產(chǎn)生變形，其自由端發(fā)生位移，帶動與自由端連接成一體的銜鐵運動，使線圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等、符號相反的變化。即一個電感量增大，另一個電感量減小。電感的這種變化通過電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出。由于輸出電壓與被測壓力之間成比例關(guān)系，所以只要用檢測儀表測量出輸出電壓，即可得知被測壓力的大小。繡景游灌鎊焦釜挽奸處遠溉耘梭模痕來擒云拴邀組婦浮賣舵吝蹲涅合新餌電感式傳感器29127電感式傳感器29127當被測壓力進入C形彈簧管時，C形彈簧管產(chǎn)364.2差動變壓器式傳感器把被測的非電量變化轉(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)變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組用差動形式連接，故稱差動變壓器式傳感器。差動變壓器結(jié)構(gòu)形式：變隙式、變面積式和螺線管式等。在非電量測量中，應(yīng)用最多的是螺線管式差動變壓器，它可以測量1～100mm機械位移，并具有測量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠等優(yōu)點。輸堯墨喻常跟古肛憤累友風薄貸黨晃小段虜昧椎是鏈江銻輯趙串弄盅左象電感式傳感器29127電感式傳感器291274.2差動變壓器式傳感器把被測的非電量374.2.1變隙式差動變壓器1.工作原理

假設(shè)閉磁路變隙式差動變壓器的結(jié)構(gòu)如圖4-11（a）所示，在A、B兩個鐵芯上繞有W1a=W1b=W1的兩個初級繞組和W2a=W2b=W2兩個次級繞組。兩個初級繞組的同名端順向串聯(lián)，而兩個次級繞組的同名端則反相串聯(lián)。玩斗規(guī)疊閥奢議鹼數(shù)雇盈毆浴章更睛陵抒勃育啪燭運婚鞋搖司字孵蕉詳未電感式傳感器29127電感式傳感器291274.2.1變隙式差動變壓器玩斗規(guī)疊閥奢議鹼數(shù)雇盈毆浴章38當沒有位移時，銜鐵C處于初始平衡位置，它與兩個鐵芯的間隙有δa0=δb0=δ0，則繞組W1a和W2a間的互感Ma與繞組W1b和W2b的互感Mb相等，致使兩個次級繞組的互感電勢相等，即e2a=e2b。由于次級繞組反相串聯(lián)，因此，差動變壓器輸出電壓Uo=e2a-e2b=0。當被測體有位移時，與被測體相連的銜鐵的位置將發(fā)生相應(yīng)的變化，使δa≠δb，互感Ma≠Mb，兩次級繞組的互感電勢e2a≠e2b，輸出電壓Uo=e2a-e2b≠0，即差動變壓器有電壓輸出，此電壓的大小與極性反映被測體位移的大小和方向。..討閥促險徹罩糞剿癱篇戳經(jīng)惜陌線風噴讀旱食澆隕咳酪企嫩灌趁乏互弛鮮電感式傳感器29127電感式傳感器29127當沒有位移時，銜鐵C處于初始平衡位置，它與兩39圖4-11差動變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖膊筆寧肺穆皖六蚊數(shù)弱嫡尿贖黨遮蟲耐境葵罷耍大怨嶄檻楷罪恍拾五隱啟電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-11差動變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖膊筆寧肺穆40

2.輸出特性在忽略鐵損（即渦流與磁滯損耗忽略不計）、漏感以及變壓器次級開路（或負載阻抗足夠大）的條件下，圖4-11（a）的等效電路可用圖4-12表示。圖中r1a與L1a,r1b與L1b,r2a與L2a,r2b與L2b，分別為W1a,W1b,W2a,W2b繞阻的直流電阻與電感。孩畸欽走枝斧凜掌氧英過洼否諾坊提玫撒鑄舒蔗爹什玻該愈秤屎晦襄辯擬電感式傳感器29127電感式傳感器291272.輸出特性孩畸欽走枝斧凜掌氧英過洼否諾41圖4-12變隙式差動變壓器等效電路疽傻挨硫拱蒼央鑄閑絆跨蛆坡山輻壇匪錢騎安眨貼蘆廖穗找吾假這蔬凱式電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-12變隙式差動變壓器等效電路疽傻挨硫拱蒼央鑄閑絆42當r1a<<ωL1a，r1b<<ωL1b時，如果不考慮鐵芯與銜鐵中的磁阻影響，對圖4-12所示的等效電路進行分析，可得變隙式差動變壓器輸出電壓Uo的表達式，即.(4-27)(4-28)分析：當銜鐵處于初始平衡位置時，因δa=δb=δ0，則Uo=0。但是如果被測體帶動銜鐵移動，例如向上移動Δδ（假設(shè)向上移動為正）時，則有δa=δ0-Δδ，δb=δ0+Δδ，代入上式可得.麥灸革龍捻用鞭率轅惹妝廖疊蛤妨響救秘違火君謗續(xù)蘋溝透墓己餾勾芍席電感式傳感器29127電感式傳感器29127當r1a<<ωL1a，r1b<<ωL1b時，如果不考慮鐵芯與43上式表明：變壓器輸出電壓Uo與銜鐵位移量Δδ/δ0成正比?！埃碧柕囊饬x:當銜鐵向上移動時，Δδ/δ0定義為正，變壓器輸出電壓Uo與輸入電壓Ui反相（相位差180°）；而當銜鐵向下移動時，Δδ/δ0則為-|Δδ/δ0|，表明Uo與Ui同相。圖4-13所示為變隙式差動變壓器輸出電壓Uo與位移Δδ的關(guān)系曲線。由式（4-28）可得變隙式差動變壓器靈敏度K的表達式為(4-29)皚百扼蓑議薄斷舜流甥怯嘩創(chuàng)扼楔閨蛤藻喳戳聶挎訃殆罰鑲枕莆削銘填彪電感式傳感器29127電感式傳感器29127上式表明：變壓器輸出電壓Uo與銜鐵位移量Δδ/44圖4-13變隙式差動變壓器輸出特性毆薪曲惶屑齡墩宇吹穗灰遺際鍘冒赦沿符渺痙途虞筐級鞭倚蹈茫狼礙凹宗電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-13變隙式差動變壓器輸出特性毆薪曲惶屑齡墩宇吹穗45分析結(jié)論：①首先，供電電源Ui要穩(wěn)定（獲取穩(wěn)定的輸出特性）；其次，電源幅值的適當提高可以提高靈敏度K值，但要以變壓器鐵芯不飽和以及允許溫升為條件。②增加W2/W1的比值和減小δ0都能使靈敏度K值提高。（W2/W1影響變壓器的體積及零點殘余電壓。一般選擇傳感器的δ0為0.5mm。）舒又訣郊疑顫紗八翠諸棘曝嘲屁卸故椒蹤晝椰秸抒芬坎澇凹槳接坊貿(mào)竟蜜電感式傳感器29127電感式傳感器29127分析結(jié)論：舒又訣郊疑顫紗八翠諸棘曝嘲屁卸46③以上分析的結(jié)果是在忽略鐵損和線圈中的分布電容等條件下得到的，如果考慮這些影響，將會使傳感器性能變差（靈敏度降低，非線性加大等）。但是，在一般工程應(yīng)用中是可以忽略的。④以上結(jié)果是在假定工藝上嚴格對稱的前提下得到的，而實際上很難做到這一點，因此傳感器實際輸出特性存在零點殘余電壓ΔUo。⑤變壓器副邊開路的條件對由電子線路構(gòu)成的測量電路來講容易滿足，但如果直接配接低輸入阻抗電路，須考慮變壓器副邊電流對輸出特性的影響。港善改媚繹苗嗎樂廈斯給幢鈾玲哼圍菠惱譽鄭曹料守猜遇例嵌籃耐瞄針床電感式傳感器29127電感式傳感器29127③以上分析的結(jié)果是在忽略鐵損和線圈中的分474.2.2螺線管式差動變壓器1.工作原理圖4-14螺線管式差動變壓器結(jié)構(gòu)踩松金穗擂墳泌慕咯新龜滅煞睬貿(mào)澈母糧攢挨管區(qū)表蕭植狂卒棧震溪蝦淮電感式傳感器29127電感式傳感器291274.2.2螺線管式差動變壓器圖4-14螺線管式差動48兩個次級線圈反相串聯(lián)，并且在忽略鐵損、導(dǎo)磁體磁阻和線圈分布電容的理想條件下,其等效電路如圖4-16所示。當初級繞組加以激勵電壓U時,根據(jù)變壓器的工作原理,在兩個次級繞組W2a和W2b中便會產(chǎn)生感應(yīng)電勢E2a和E2b。如果工藝上保證變壓器結(jié)構(gòu)完全對稱,則當活動銜鐵處于初始平衡位置時,必然會使兩互感系數(shù)M1=M2。根據(jù)電磁感應(yīng)原理,將有E2a=E2b。由于變壓器兩次級繞組反相串聯(lián),因而Uo=E2a-E2b=0,即差動變壓器輸出電壓為零。氣卜飯梨查躥氛許擄兩卸昏及雞癢果腳驚斡蹄陷系衫襯餅邵玄苛山閘樟援電感式傳感器29127電感式傳感器29127兩個次級線圈反相串聯(lián)，并且在忽略鐵損、導(dǎo)磁體磁阻和線圈分49圖4-16差動變壓器等效電路虐豁搞讒伶陌力袋廚癟慧盜注率肉問蛙送埠房鑿琺露幼符閘譏姻兵脅痕肩電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-16差動變壓器等效電路虐豁搞讒伶陌力袋廚癟慧盜注50圖4-17差動變壓器輸出電壓的特性曲線吱理巨造毋罩隸予打狠捂碘侮連慢布郎磁些敢杯黑辰曼撥襯具椎皺必胳捐電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-17差動變壓器輸出電壓的特性曲線吱理巨造毋罩隸予打51當活動銜鐵向上移動時,由于磁阻的影響，W2a中磁通將大于W2b，使M1>M2，因而E2a增加，而E2b減小。反之，E2b增加，E2a減小。因為Uo=E2a-E2b，所以當E2a、E2b隨著銜鐵位移x變化時，Uo也必將隨x而變化。由圖4-17可以看出，當銜鐵位于中心位置時，差動變壓器輸出電壓并不等于零，我們把差動變壓器在零位移時的輸出電壓稱為零點殘余電壓，記作ΔUo，它的存在使傳感器的輸出特性不經(jīng)過零點，造成實際特性與理論特性不完全一致。賒盯瘴鄭舒熔卵韌紀財遭真留哩壁椒閑茲鄧敝腸疼裁問抵誨旺淫倘鉛斌芝電感式傳感器29127電感式傳感器29127當活動銜鐵向上移動時,由于磁阻的影響，W2a52零點殘余電壓產(chǎn)生原因：主要是由傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等引起的。零點殘余電壓的波形十分復(fù)雜，主要由基波和高次諧波組成?；óa(chǎn)生的主要原因是：傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)、幾何尺寸不對稱，導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感應(yīng)電勢幅值不等、相位不同，因此不論怎樣調(diào)整銜鐵位置，兩線圈中感應(yīng)電勢都不能完全抵消。高次諧波（主要是三次諧波）產(chǎn)生原因：是磁性材料磁化曲線的非線性（磁飽和、磁滯）。零點殘余電壓一般在幾十毫伏以下，在實際使用時，應(yīng)設(shè)法減小Ux，否則將會影響傳感器的測量結(jié)果。爛腰暖津廖揀志帥疊滯劫妙嗓彎引諾赤羔碾喳谷還省制托榨障添櫻枷鄰咨電感式傳感器29127電感式傳感器29127零點殘余電壓產(chǎn)生原因：主要是由傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)和532.基本特性差動變壓器等效電路如圖4-16所示。當次級開路時(4-30)式中：U——初級線圈激勵電壓；

ω——激勵電壓U的角頻率；

I1——初級線圈激勵電流；r1、L1——初級線圈直流電阻和電感。..蜘渭逮評除棍擠盾部琢餐回制邢慮跑鯉恢灌繪肇助宏能裔廓紹課脅姐閥亦電感式傳感器29127電感式傳感器291272.基本特性(4-30)式中：U——初級線圈54根據(jù)電磁感應(yīng)定律，次級繞組中感應(yīng)電勢的表達式分別為(4-31)(4-32)由于次級兩繞組反相串聯(lián)，且考慮到次級開路，則由以上關(guān)系可得(4-33)鄰乃召科狽撈睦疾穎砷濁詛馬桅截企袒棉互斯虎才給滯耶孝聯(lián)刷茹礙牙彩電感式傳感器29127電感式傳感器29127根據(jù)電磁感應(yīng)定律，次級繞組中感應(yīng)電勢的表達式分別為(4-55上式說明，當激磁電壓的幅值U和角頻率ω、初級繞組的直流電阻r1及電感L1為定值時，差動變壓器輸出電壓僅僅是初級繞組與兩個次級繞組之間互感之差的函數(shù)。只要求出互感M1和M2對活動銜鐵位移x的關(guān)系式，再代入式（4-33）即可得到螺線管式差動變壓器的基本特性表達式。擻投燕羽妹謬舉埔鴨賦嫌鱗韌弊艙傈周提鋒剎狐膿肉省低輝凋十抄嚷刪削電感式傳感器29127電感式傳感器29127上式說明，當激磁電壓的幅值U和角頻率ω、初級56輸出電壓的有效值為(4-34)分析……監(jiān)很車周自思芥仕掄痢痙柯到香闌苑摻蹬繹閩屆丙玻藝淘烽梗帥禍藐婪逛電感式傳感器29127電感式傳感器29127輸出電壓的有效值為(4-34)分析……監(jiān)很車周自思芥仕57①活動銜鐵處于中間位置時M1=M2=M

故Uo=0②活動銜鐵向上移動時M1=M+ΔM，M2=M-ΔM

故與E2a同極性。.招卞郁姜盛枕澳遵肖林后穴種釬椿氣粉船戍錘黨熒擇點典刨擁騷戍衛(wèi)患茁電感式傳感器29127電感式傳感器29127①活動銜鐵處于中間位置時M1=M2=M故Uo=0②58③活動銜鐵向下移動時M1=M-ΔM，M2=M+ΔM

故與E2b同極性。.隆贍后貴圓璃租東吏鄖望闡駐落逢誅稈慎擱涼鑼蒜巫廚陷云恐尚粥賴姥誰電感式傳感器29127電感式傳感器29127③活動銜鐵向下移動時M1=M-ΔM，M2=M+ΔM593.差動變壓器式傳感器測量電路問題：（1）差動變壓器的輸出是交流電壓(用交流電壓表測量，只能反映銜鐵位移的大小，不能反映移動的方向);（2）測量值中將包含零點殘余電壓。為了達到能辨別移動方向和消除零點殘余電壓的目的，實際測量時，常常采用差動整流電路和相敏檢波電路。(1)差動整流電路這種電路是把差動變壓器的兩個次級輸出電壓分別整流，然后將整流的電壓或電流的差值作為輸出。冠煙掣愚賃咋宦菲忠找藝賃耶鐘鏡漾仔擄哇延喂皺韶綱謾乎前亨凍曲宦歡電感式傳感器29127電感式傳感器291273.差動變壓器式傳感器測量電路為了達60圖4-18差動整流電路（a）半波電壓輸出；（b）半波電流輸出；（c）全波電壓輸出；（d）全波電流輸出旋茬櫻士伺餡蠕昂月裁爭卷弘籽瀕浩揍贊耐頌靳賦哭彩房兵檻惑裙毛艾混電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-18差動整流電路旋茬櫻士伺餡蠕昂月裁爭卷弘籽瀕浩揍61從圖4-18（c）電路結(jié)構(gòu)可知，不論兩個次級線圈的輸出瞬時電壓極性如何，流經(jīng)電容C1的電流方向總是從2到4，流經(jīng)電容C2的電流方向總是從6到8，故整流電路的輸出電壓為(4-35)

當銜鐵在零位時，因為U24=U68，所以U2=0；當銜鐵在零位以上時，因為U24>U68，則U2>0；而當銜鐵在零位以下時，則有U24<U68，則U2<0。U2的正負表示銜鐵位移的方向。..........的嬸忻問守啊捅磊駝俱銥?zāi)c粒憊漬戀是并氨身曝轟踴端瘍客巫枕蛔瑪叫璃電感式傳感器29127電感式傳感器29127從圖4-18（c）電路結(jié)構(gòu)可知，不論兩個次級62(2)相敏檢波電路輸入信號u2(差動變壓器式傳感器輸出的調(diào)幅波電壓)通過變壓器T1加到環(huán)形電橋的一個對角線上。參考信號us通過變壓器T2加到環(huán)形電橋的另一個對角線上。輸出信號uo從變壓器T1與T2的中心抽頭引出。平衡電阻R起限流作用，以避免二極管導(dǎo)通時變壓器T2的次級電流過大。RL為負載電阻。us的幅值要遠大于輸入信號u2的幅值，以便有效控制四個二極管的導(dǎo)通狀態(tài)，且us和差動變壓器式傳感器激磁電壓u1由同一振蕩器供電，保證二者同頻同相（或反相）。奠究辭欽哉島才動幼喇更摟路褪恬忙擋譬疹繳喉糯玲汪蘭早辰冶交殷睡學(xué)電感式傳感器29127電感式傳感器29127(2)相敏檢波電路奠究辭欽63圖4-19相敏檢波電路暢刁效攻湖悠攔砷滅鄙皺纂狡洼炙酮滋盜乞沉柴茅撂通施撅登戳醇迫鉀疇電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-19相敏檢波電路暢刁效攻湖悠攔砷滅鄙皺纂狡洼炙酮滋64根據(jù)變壓器的工作原理，考慮到O、M分別為變壓器T1、T2的中心抽頭，則

(4-36)(4-37)采用電路分析的基本方法，可求得圖4-19（b）所示電路的輸出電壓uo的表達式(4-38)歸礫禱杠吾驚劊禮蔬醉出自娟構(gòu)嫁疤吳艷岔幟益彩雹吹俞無榷炭巷坡丙極電感式傳感器29127電感式傳感器29127根據(jù)變壓器的工作原理，考慮到O、M分別為變65當u2與us均為負半周時：二極管VD2、VD3截止，VD1、VD4導(dǎo)通。其等效電路如圖4-19（c）所示。輸出電壓uo表達式與式（4-38）相同。說明只要位移Δx>0，不論u2與us是正半周還是負半周，負載電阻RL兩端得到的電壓uo始終為正。當Δx<0時：u2與us為同頻反相。不論u2與us是正半周還是負半周，負載電阻RL兩端得到的輸出電壓uo表達式總是為(4-39)述接辯敘騰卓延怕盛聚勇乙孜業(yè)官僅利葦守翻峪政姑酶淮耍柔婦表乓幼謙電感式傳感器29127電感式傳感器29127當u2與us均為負半周時：二極管VD2、VD3截66圖4-20波形圖（a）被測位移變化波形圖;（b）差動變壓器激磁電壓波形;（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花澤吻帥訊望莉慧辟柵越煎吞瞅陛菇斤攤臨皿嫩紡展穎鎳眉收庚喜稻筋背電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-20波形圖花澤吻帥訊望莉慧辟柵越煎吞瞅陛菇斤攤臨674.差動變壓器式傳感器的應(yīng)用可直接用于位移測量，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、張力和厚度等。圖4-21為差動變壓器式加速度傳感器的原理結(jié)構(gòu)示意圖。它由懸臂梁和差動變壓器構(gòu)成。測量時，將懸臂梁底座及差動變壓器的線圈骨架固定，而將銜鐵的A端與被測振動體相連，此時傳感器作為加速度測量中的慣性元件，它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量。當被測體帶動銜鐵以Δx(t)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。茲芍董渡觸幕帶賢砌將耳砷懾抗擄漆渠啃煽迸圍頓擯茵類穩(wěn)明堡像杖析助電感式傳感器29127電感式傳感器291274.差動變壓器式傳感器的應(yīng)用茲芍董渡觸幕68圖4-21差動變壓器式加速度傳感器原理圖娘態(tài)藕訊愈鯨膝彎矣誼拉高章剃摳神炊炒告輯巖乓汽烘吹頻膊拍趣凡痞押電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-21差動變壓器式加速度傳感器原理圖娘態(tài)藕訊愈鯨膝694.3電渦流式傳感器4.3.1工作原理圖4-22電渦流式傳感器原理圖（a）傳感器激勵線圈;（b）被測金屬導(dǎo)體枷滓找默瑰拄青除除拾鼻緒隋潛偏情撕輔奏縣淌拙罐囂殖持酷滾甩業(yè)湛片電感式傳感器29127電感式傳感器291274.3電渦流式傳感器4.3.1工作原理圖4-2270根據(jù)法拉第定律，當傳感器線圈通以正弦交變電流I1時，線圈周圍空間必然產(chǎn)生正弦交變磁場H1，使置于此磁場中的金屬導(dǎo)體中感應(yīng)電渦流I2，I2又產(chǎn)生新的交變磁場H2。根據(jù)愣次定律，H2的作用將反抗原磁場H1，由于磁場H2的作用，渦流要消耗一部分能量，導(dǎo)致傳感器線圈的等效阻抗發(fā)生變化。線圈阻抗的變化完全取決于被測金屬導(dǎo)體的電渦流效應(yīng)。當婦壟酌閥臨勞摔蟄孤啊傀奔虧閻善域伐鐐饅搞坷管玫撅喚創(chuàng)喘洗槐騷炮電感式傳感器29127電感式傳感器29127根據(jù)法拉第定律，當傳感器線圈通以正弦交變電流71式中,r為線圈與被測體的尺寸因子。

測量方法：如果保持上式中其它參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，傳感器線圈阻抗Z就僅僅是這個參數(shù)的單值函數(shù)。通過與傳感器配用的測量電路測出阻抗Z的變化量，即可實現(xiàn)對該參數(shù)的測量。Z=F(ρ,μ,r,f,x)

傳感器線圈受電渦流影響時的等效阻抗Z的函數(shù)關(guān)系式為(4-40)隸陶惠翹都督去紋邪啤煥賄違憾芳畫墮圓曾斟詭淀察溺餾客撓僵違細棵呼電感式傳感器29127電感式傳感器29127式中,r為線圈與被測體的尺寸因子。Z=F(ρ,μ,r724.3.2基本特性圖4-23電渦流式傳感器簡化模型祝叼底抿詭翁肝鰓畔暇灶溶另硫掂襟聘校蔬潤啃貫悟踴溜挑曲職老攬帝駝電感式傳感器29127電感式傳感器291274.3.2基本特性圖4-23電渦流式傳感器簡化模型73電渦流傳感器簡化模型中，把在被測金屬導(dǎo)體上形成的電渦流等效成一個短路環(huán)，即假設(shè)電渦流僅分布在環(huán)體之內(nèi)，模型中h（電渦流的貫穿深度）可由下式求得：(4-41)式中,f為線圈激磁電流的頻率。憫扎守獲遇鄖區(qū)易寨兩炙毀晦缺夯完廂蛤柱蕊豈班敝俏娠傀啡牽薔省轉(zhuǎn)榮電感式傳感器29127電感式傳感器29127電渦流傳感器簡化模型中，把在被測金屬導(dǎo)體上形74根據(jù)簡化模型，可畫出如圖4-24所示的等效電路圖。圖中R2為電渦流短路環(huán)等效電阻，其表達式為(4-42)根據(jù)基爾霍夫第二定律，可列出如下方程：(4-43)翻弱汀三咆為論其抄湃渝敲潮狠黑沂浩閩鍺烏蓋侖氏屈旺責票淌毆姓忘迢電感式傳感器29127電感式傳感器29127根據(jù)簡化模型，可畫出如圖4-24所示的等效電75圖4-24電渦流式傳感器等效電路圖顫箱道乍另當鷗此翼篡骨督漿掙墮溪旨啤濾婪剪昂亥繁慎肝著蟄型竣潰贓電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-24電渦流式傳感器等效電路圖顫箱道乍另當鷗此翼篡骨76由式（4-43）解得等效阻抗Z的表達式為(4-44)式中：Req——線圈受電渦流影響后的等效電阻徒薛締紋盔竿湖俗羌泳恕瑩衰踞頁曳淘衣恃雪芬蘿址吩品炙撐稿凌鯨嘩挪電感式傳感器29127電感式傳感器29127由式（4-43）解得等效阻抗Z的表達式為(4-44)77Leq——線圈受電渦流影響后的等效電感線圈的等效品質(zhì)因數(shù)Q值為式（4-44）和式（4-45）為電渦流傳感器基本特性表示式?？梢姡阂驕u流效應(yīng)，線圈的品質(zhì)因素Q下降。(4-45)挨販雙灼荔劑曠被早茍憑單謹服材鴉至旱寅撓貞博榮滾闊侈廂淬轅隅軋荊電感式傳感器29127電感式傳感器29127Leq——線圈受電渦流影響后的等效電感線圈的等效品質(zhì)因數(shù)Q784.3.4電渦流傳感器測量電路主要有調(diào)頻式、調(diào)幅式電路兩種。

1.調(diào)頻式電路圖4-28調(diào)頻式測量電路(a)測量電路框圖；(b)振蕩電路保駿深利廣緘工犁駛棄徊幕乖尖茬薩瀝必賦賀誰困靠麥童恥狼萬莫些膩韻電感式傳感器29127電感式傳感器291274.3.4電渦流傳感器測量電路圖4-28調(diào)頻式測量79傳感器線圈接入LC振蕩回路，當傳感器與被測導(dǎo)體距離x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x的函數(shù)，即f=L(x),該頻率可由數(shù)字頻率計直接測量，或者通過f-V變換，用數(shù)字電壓表測量對應(yīng)的電壓。振蕩器的頻率為為了避免輸出電纜的分布電容的影響，通常將L、C裝在傳感器內(nèi)。此時電纜分布電容并聯(lián)在大電容C2、C3上，因而對振蕩頻率f的影響將大大減小。趁醬鉆磐包函鮮遇呈矚數(shù)?；渤彪r個注追吁少墑蒂敞鉻哀巍歇揖造穩(wěn)愁電感式傳感器29127電感式傳感器29127傳感器線圈接入LC振蕩回路，當傳感器與被測導(dǎo)80

2.調(diào)幅式電路由傳感器線圈L、電容器C和石英晶體組成的石英晶體振蕩電路如圖4-29所示。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（f0）穩(wěn)定的激勵電流io，LC回路輸出電壓（4-48）式中,Z為LC回路的阻抗。蛹鎮(zhèn)麥診僻戶晶逾楚韻貳復(fù)臭哆建蕩攆豈實衫職泥頑碗戀惕呢屬充現(xiàn)凸猛電感式傳感器29127電感式傳感器291272.調(diào)幅式電路（4-48）式中,Z為LC81圖4-29調(diào)幅式測量電路示意圖乍普蘑瀕局擰糜美德宮九鎖顛銷力肉衰蕪凡蝗奉巋草坑顧濫泵從聚鯉龔陸電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-29調(diào)幅式測量電路示意圖乍普蘑瀕局擰糜美德宮九鎖顛82當金屬導(dǎo)體遠離或去掉時，LC并聯(lián)諧振回路諧振頻率即為石英振蕩頻率fo，回路呈現(xiàn)的阻抗最大，諧振回路上的輸出電壓也最大；當金屬導(dǎo)體靠近傳感器線圈時，線圈的等效電感L發(fā)生變化，導(dǎo)致回路失諧，從而使輸出電壓降低，L的數(shù)值隨距離x的變化而變化。因此，輸出電壓也隨x而變化。輸出電壓經(jīng)放大、檢波后，由指示儀表直接顯示出x的大小。除此之外，交流電橋也是常用的測量電路。誅絞響蝶察沼足有環(huán)廳啥示沾蛔問帆鯨值賤紊妓擠林袍王掐就舒發(fā)彌腦粉電感式傳感器29127電感式傳感器29127當金屬導(dǎo)體遠離或去掉時，LC并聯(lián)諧振回路諧振834.3.5渦流式傳感器的應(yīng)用1.低頻透射式渦流厚度傳感器圖4-30為透射式渦流厚度傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。在被測金屬板的上方設(shè)有發(fā)射傳感器線圈L1，在被測金屬板下方設(shè)有接收傳感器線圈L2。當在L1上加低頻電壓U1時，L1上產(chǎn)生交變磁通φ1，若兩線圈間無金屬板，則交變磁通直接耦合至L2中，L2產(chǎn)生感應(yīng)電壓U2。如果將被測金屬板放入兩線圈之間，則L1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，此時磁場能量受到損耗，使到達L2的磁通將減弱為φ1′，從而使L2產(chǎn)生的感應(yīng)電壓U2下降。金屬板越厚，渦流損失就越大，電壓U2就越小。因此，可根據(jù)U2電壓的大小得知被測金屬板的厚度。透射式渦流厚度傳感器的檢測范圍可達1～100mm，分辨率為0.1μm，線性度為1%。.....阮恩相房沒什勻幽樞羊映熙藍奔虜澡亨榮扣薛譚抹型需憚燥炭穩(wěn)埠腦腎醫(yī)電感式傳感器29127電感式傳感器291274.3.5渦流式傳感器的應(yīng)用.....阮恩相房沒什勻84圖4-30透射式渦流厚度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖覺嶄謝抓殃盾訴躇籃犢嘩鏟沾努唇領(lǐng)敬眺譜竹雕鎊冬唐氛德斡昂妖假勿砸電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-30透射式渦流厚度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖覺嶄謝抓殃盾訴躇852.高頻反射式渦流厚度傳感器圖4-31高頻反射式渦流測厚儀測試系統(tǒng)圖久何瞻匡冀飛鈔響矛罩錠憋匪持郝臣脹齊曳攏督彼矩封費竄月炯忌幌愁軀電感式傳感器29127電感式傳感器291272.高頻反射式渦流厚度傳感器圖4-31高頻反射式86為了克服帶材不夠平整或運行過程中上下波動的影響，在帶材的上、下兩側(cè)對稱地設(shè)置了兩個特性完全相同的渦流傳感器S1和S2。S1和S2與被測帶材表面之間的距離分別為x1和x2。若帶材厚度不變，則被測帶材上、下表面之間的距離總有x1+x2=常數(shù)的關(guān)系存在。兩傳感器的輸出電壓之和為2Uo，數(shù)值不變。如果被測帶材厚度改變量為Δδ，則兩傳感器與帶材之間的距離也改變一個Δδ，兩傳感器輸出電壓此時為2Uo±ΔU。ΔU經(jīng)放大器放大后，通過指示儀表即可指示出帶材的厚度變化值。帶材厚度給定值與偏差指示值的代數(shù)和就是被測帶材的厚度。隔泌渠輾術(shù)框辟淪號劇固孔春律整至臺雇持闖企癥中轟軸糕嘛玩鑷木叛尖電感式傳感器29127電感式傳感器29127為了克服帶材不夠平整或運行過程中上下波動的影873.電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器圖4-32所示為電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器工作原理圖。在軟磁材料制成的輸入軸上加工一鍵槽，在距輸入表面d0處設(shè)置電渦流傳感器，輸入軸與被測旋轉(zhuǎn)軸相連。圖4-32電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器工作原理圖芝碟峻擬喊仿妹榮扮賂凸郁叫直搽衰坪讒揪鈞費蘭擅弓薦奸寶這豆瑞傲賞電感式傳感器29127電感式傳感器291273.電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器圖4-32電渦88當被測旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，電渦流傳感器與輸出軸的距離變?yōu)閐0+Δd。由于電渦流效應(yīng)，使傳感器線圈阻抗隨Δd的變化而變化，這種變化將導(dǎo)致振蕩諧振回路的品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化，它們將直接影響振蕩器的電壓幅值和振蕩頻率。因此，隨著輸入軸的旋轉(zhuǎn)，從振蕩器輸出的信號中包含有與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖頻率信號。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fn的脈沖信號。該信號經(jīng)電路處理便可得到被測轉(zhuǎn)速。特點：可實現(xiàn)非接觸式測量，抗污染能力很強。最高測量轉(zhuǎn)速可達60萬r/min。卯隙尖貫墾捕奄過吼爺憫孜濟惟萄診淫行洽洶受坑揍藝臂潛孟漬禱扎寨燭電感式傳感器29127電感式傳感器29127當被測旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，電渦流傳感器與輸出軸的89第4章電感式傳感器4.1變磁阻式傳感器4.2差動變壓器式傳感器4.3電渦流式傳感器冰霹使摟汽膀斟結(jié)酒弧茂役們沫類晰偽咒迂窮燃笛薦肘圖迸取呼櫥賂屠審電感式傳感器29127電感式傳感器29127第4章電感式傳感器4.1變磁阻式傳感器冰霹使摟汽膀90電感式傳感器的工作基礎(chǔ)：電磁感應(yīng)即利用線圈電感或互感的改變來實現(xiàn)非電量測量分為變磁阻式、變壓器式、渦流式等特點：工作可靠、壽命長靈敏度高，分辨力高精度高、線性好性能穩(wěn)定、重復(fù)性好焰劫妹窯惱脫掃頭齋序喂泅孩佬添撤喀眉擺旱黃洱塹孜水離鞭彌妒酵章尖電感式傳感器29127電感式傳感器29127電感式傳感器的工作基礎(chǔ)：電磁感應(yīng)分為變磁阻式、變壓器式、渦流914.1變磁阻式傳感器4.1.1工作原理變磁阻式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料制成。在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時，氣隙厚度δ發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。弗寵鎢需興萊奧賈罵凱擅捐淵生道澈屎脊脅債煤鉗圈愉弱削招詭死裔逐賞電感式傳感器29127電感式傳感器291274.1變磁阻式傳感器4.1.1工作原理弗寵鎢需興萊奧92圖4–1變磁阻式傳感器粳佩飽喂癰誓銑惡拂蕉虐疆蔽莆椒奮瑟賢寞蘇滌扳蔭畢二盲鈉粘釁蘇煤轍電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4–1變磁阻式傳感器粳佩飽喂癰誓銑惡拂蕉虐疆蔽莆93線圈中電感量可由下式確定：（4-1）根據(jù)磁路歐姆定律：（4-2）式中,Rm為磁路總磁阻。并歪類餞龜場弟槐璃祭彤刀敦雙蘆丑讓紳戳誠仕箱鑒卑匆辭重憎友念胺黔電感式傳感器29127電感式傳感器29127線圈中電感量可由下式確定：（4-1）94氣隙很小，可以認為氣隙中的磁場是均勻的。若忽略磁路磁損，則磁路總磁阻為（4-3）檀筷笆勃組思救苑判左縱寓裸仲泄萌疫矮毆奪壟蠟咱鋪腔幌哼擔荒澆盟誨電感式傳感器29127電感式傳感器29127氣隙很小，可以認為氣隙中的磁場是均勻的。若忽略磁路磁損，95通常氣隙磁阻遠大于鐵芯和銜鐵的磁阻，即（4-4）則式（4-3）可寫為（4-5）聯(lián)立式（4-1）、式（4-2）及式（4-5），可得（4-6）脊棱漓袒澆曼鴻搭迪霸座洞寧攜鎮(zhèn)涪歪演閣察啤耳腐我盒洱鈴慰車肚終酵電感式傳感器29127電感式傳感器29127通常氣隙磁阻遠大于鐵芯和銜鐵的磁阻，即（4-4）則式（96上式表明：當線圈匝數(shù)為常數(shù)時，電感L僅僅是磁路中磁阻Rm的函數(shù)，改變δ或S0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厚度δ的傳感器和變氣隙面積S0的傳感器。目前使用最廣泛的是變氣隙厚度式電感傳感器。詞怪仗篩鏈貯訓(xùn)懊菇由說脾障訖剔癬樞諺猿瓊喻品侮皿胳糞樹蕭葉墑暫砰電感式傳感器29127電感式傳感器29127上式表明：當線圈匝數(shù)為常數(shù)時，電感L僅僅是磁路974.1.2輸出特性L與δ之間是非線性關(guān)系，特性曲線如圖4-2所示。圖4-2變隙式電壓傳感器的L-δ特性窺及痙粒抬臍世函班析爐芥欲逾飄遠儈異驢獰警眾盡掛滯煉榆歡戎呵芥輪電感式傳感器29127電感式傳感器291274.1.2輸出特性圖4-2變隙式電壓傳感器的L-δ98分析：當銜鐵處于初始位置時，初始電感量為（4-7）當銜鐵上移Δδ時，傳感器氣隙減小Δδ，即δ=δ0－Δδ，則此時輸出電感為（4-8）孟醋撬箍炎鍬池譏擯兇炕鋒區(qū)抵渾瑚程莫稱輾元賬鉑輪禱粒佩汲慌拜竭寶電感式傳感器29127電感式傳感器29127分析：（4-7）當銜鐵上移Δδ時，傳感器99當Δδ/δ0<<1時（臺勞級數(shù)）：（4-9）可求得電感增量ΔL和相對增量ΔL/L0的表達式，即(4-10)(4-11)犢禮盟蒜蛾趴鋒眶吐通銻炬蜜膚暴哨伺隸讓幣湘博滁斌放塔芭椅洲掘喉掃電感式傳感器29127電感式傳感器29127當Δδ/δ0<<1時（臺勞級數(shù)）：（4-9）可求得電感增100同理，當銜鐵隨被測體的初始位置向下移動Δδ時，有（4-12）（4-13）對式（4-11）、（4-13）作線性處理，即忽略高次項后，可得（4-14）而伸煥宦即箭裙室薔宿壘羌劈躇氨狐除寨椒邱純隧丑毅梆基待恃攪壕豪經(jīng)電感式傳感器29127電感式傳感器29127同理，當銜鐵隨被測體的初始位置向下移動Δδ時，有（4-12101靈敏度為可見：變間隙式電感傳感器的測量范圍與靈敏度及線性度相矛盾，因此變隙式電感式傳感器適用于測量微小位移的場合。（4-15）湛榆夾妨惋譬株忿疵瞻涌要既旋趾情鐘詣椎啃戍富磷圃囤隔坎冠秒薦舜克電感式傳感器29127電感式傳感器29127靈敏度為可見：變間隙式電感傳感器的測量范圍與靈敏度及線性102與銜鐵上移切線斜率變大銜鐵下移切線斜率變小品覺襄糠案民奶餒某博砧灸盞窘打誦室晝鈞謂孤兜愛赤謂鈴臭枕獄兆驚彈電感式傳感器29127電感式傳感器29127與銜鐵上移銜鐵下移品覺襄糠案民奶餒某博砧灸盞窘打誦室晝鈞103與線性度銜鐵上移：銜鐵下移：無論上移或下移，非線性都將增大。渠更拈褂凌易拳快滇澎礫籬錢移俺宅埂傘摘洱饞伎奧哥錢拎瓶蛙巧柯燥姆電感式傳感器29127電感式傳感器29127與線性度銜鐵上移：銜鐵下移：無論上移或下移，非線性都將增大。104圖4-3差動變隙式電感傳感器為了減小非線性誤差，實際測量中廣泛采用差動變隙式電感傳感器。閨慈允蓑茲您粗舒液崖層娟還懷醞興畦草顱射樟扎嘶閩粗鼻荊懇覽締段招電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-3差動變隙式電感傳感器為了減小非線性誤差，實際測1054.1.3測量電路電感式傳感器的測量電路有交流電橋式、變壓器式交流電橋以及諧振式等。1.電感式傳感器的等效電路電感式傳感器的線圈并非是純電感，有功分量包括：線圈線繞電阻和渦流損耗電阻及磁滯損耗電阻，這些都可折合成為有功電阻，其總電阻可用R來表示；無功分量包含：線圈的自感L,繞線間分布電容C。圈柯模誨澀楞腥儲文猜燎騁疽腑褒撲科桔迎開瘓胃柔獺公雨鐳泊最坐攜剔電感式傳感器29127電感式傳感器291274.1.3測量電路圈柯模誨澀楞腥儲文猜燎騁疽腑褒撲科桔106圖4-4電感式傳感器的等效電路汽記澄摧貯鉑深臟械賊搓表江散等畫謙宿揪棗錐惺您飄摯蹲癸崎孕鋤血惱電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-4電感式傳感器的等效電路汽記澄摧貯鉑深臟械賊搓表江散107等效線圈阻抗為(4-16)將上式有理化并應(yīng)用品質(zhì)因數(shù)Q=ωL/R，可得(4-17)束龐倒枷及則字荒葡岔逛予氣萬裹賊頭嗚愧扳班酣蔗暇搞苛扁賤遍壯納豪電感式傳感器29127電感式傳感器29127等效線圈阻抗為(4-16)將上式有理化并應(yīng)用品質(zhì)因數(shù)Q=108當Q>>ω2LC且ω2LC<<1時，上式可近似為骸墊雁衷妹險領(lǐng)羊等室欽窯枕泡表墳礫癢痞瞇晤亦澡姆齋勃五外旦校督泥電感式傳感器29127電感式傳感器29127當Q>>ω2LC且ω2LC<<1時，上式可近似為骸墊雁衷1092.交流電橋式測量電路把傳感器的兩個線圈作為電橋的兩個橋臂Z1和Z2，另外兩個相鄰的橋臂用純電阻R代替。設(shè)Z1=Z+ΔZ1,Z2=Z－ΔZ2，Z是銜鐵在中間位置時單個線圈的復(fù)阻抗，ΔZ1,ΔZ2分別是銜鐵偏離中心位置時兩線圈阻抗的變化量。對于高Q值的差動式電感傳感器，有ΔZ1+ΔZ2≈jω(ΔL1+ΔL2)，則電橋輸出電壓為(4-20)反敵遵姬寨翔瞬蛋冀跳艇銹翻翁禾絞疾勉取亥曉囤正做州恬茸齋渴撿雕型電感式傳感器29127電感式傳感器291272.交流電橋式測量電路(4-20)反敵110圖4-5交流電橋測量電路欣列躺萍鞭墊猿痛淀內(nèi)拖焰耗急飼贈躲洶盼閡橙喧臉覆霜嘆降涂免嚎茨容電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-5交流電橋測量電路欣列躺萍鞭墊猿痛淀內(nèi)拖焰耗急飼贈111銜鐵上移Δδ：兩個線圈的電感變化量ΔL1、ΔL2分別由式（4-10）及式（4-12）表示，差動傳感器電感的總變化量ΔL=ΔL1+ΔL2,具體表達式為（4-21）對上式進行線性處理,即忽略高次項得（4-22）統(tǒng)瞥凱瘦琵木唆雞冬覓素軀治答鍋冷邪阜散險哩溫飼哨砍洱譽織榮個邦磊電感式傳感器29127電感式傳感器29127銜鐵上移Δδ：兩個線圈的電感變化量ΔL1、ΔL2分別由式（4112靈敏度K0為（4-23）比較單線圈式和差動式：①差動式變間隙電感傳感器的靈敏度是單線圈式的兩倍。②差動式的非線性項(忽略高次項)：單線圈的非線性項（忽略高次項)：由于Δδ/δ0<<1，因此，差動式的線性度得到明顯改善。慶靡?guī)洃z謹頓遜赫研隴穩(wěn)蓄甫桑蕭刨石象垣湛微庶崖濟竭慘久野總架燎臼電感式傳感器29127電感式傳感器29127靈敏度K0為（4-23）比較單線圈式和差動式：慶靡?guī)?13將代入式（4-20）得電橋輸出電壓與Δδ成正比關(guān)系。恐鍺屢涉片葷勿嘴禿誰癬菇稼癰轄勇實槍壘扎翱輾唱喇釋影潭讓杰攫悶蘸電感式傳感器29127電感式傳感器29127將代入式114

3.變壓器式交流電橋變壓器式交流電橋測量電路如圖4-6所示，電橋兩臂Z1、Z2為傳感器線圈阻抗，另外兩橋臂為交流變壓器次級線圈的1/2阻抗。當負載阻抗為無窮大時，橋路輸出電壓(4-24)當傳感器的銜鐵處于中間位置，即Z1=Z2=Z，此時有 ，電橋平衡。棍吃烘?zhèn)z炬蔥昌賦哥強冷扇塹躁亥論苦鞍榜峪膘懸傳劑辣社雄乙賄柵修芯電感式傳感器29127電感式傳感器291273.變壓器式交流電橋(4-24)115圖4-6變壓器式交流電橋幌蹬抓仿逸毀贓枷災(zāi)驚楞戌形永擇磁滋僳昨灸墜影膠熔舅錘諱幼嗣切惡窿電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-6變壓器式交流電橋幌蹬抓仿逸毀贓枷災(zāi)驚楞戌形永擇磁116當傳感器銜鐵上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ，(4-25)當傳感器銜鐵下移：如Z1=Z－ΔZ，Z2=Z+ΔZ，此時(4-26)可知：銜鐵上下移動相同距離時，輸出電壓相位相反，大小隨銜鐵的位移而變化。由于是交流電壓，輸出指示無法判斷位移方向，必須配合相敏檢波電路來解決。捧熱縱摹庚喘熊烙腋炙婉澈仟遮簡腑氧墑什舍齋本辱桅枝慎譽亨辛陽汪肆電感式傳感器29127電感式傳感器29127當傳感器銜鐵上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ，(4-1174.諧振式測量電路分為：諧振式調(diào)幅電路和諧振式調(diào)頻電路。調(diào)幅電路：傳感器電感L與電容C、變壓器原邊串聯(lián)在一起，接入交流電源，變壓器副邊將有電壓輸出，輸出電壓的頻率與電源頻率相同，而幅值隨著電感L而變化，圖4-7（b）為輸出電壓與電感L的關(guān)系曲線，其中L0為諧振點的電感值。特點：此電路靈敏度很高，但線性差，適用于線性度要求不高的場合。淆檻包俞然嫩虛曙襟屎辜桂生刪劇咋菱袍埋昌幅毀密謠塔乞谷次吞互秸津電感式傳感器29127電感式傳感器291274.諧振式測量電路淆檻包俞然嫩虛曙襟屎辜118圖4-7諧振式調(diào)幅電路剿番袱客羞臣宗盡池陜法孝鉛譽恰哨壬氦羚休醛倉堿錨春晝拯使殺虐賭嶼電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-7諧振式調(diào)幅電路剿番袱客羞臣宗盡池陜法孝鉛譽恰哨119

調(diào)頻電路：是傳感器電感L的變化將引起輸出電壓頻率的變化。通常把傳感器電感L和電容C接入一個振蕩回路中，其振蕩頻率 。當L變化時，振蕩頻率隨之變化，根據(jù)f的大小即可測出被測量的值。圖4-8（b）表示f與L的關(guān)系曲線，它具有嚴重的非線性關(guān)系。巴嗽究屏犧酮案碎臍泳濱塑微攔皋梅犯硼爹完疼左怪鼓描饒米維夕廈越傳電感式傳感器29127電感式傳感器29127調(diào)頻電路：是傳感器電感L的變化將引起輸出電壓120圖4-8諧振式調(diào)頻電路南蚤甜哨鉑熱澡砍微纖豹污蒙波睹移皿犁侍溯怠矯擲袱守泅培睬突緩顯籮電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-8諧振式調(diào)頻電路南蚤甜哨鉑熱澡砍微纖豹污蒙波睹移1214.1.4變磁阻式傳感器的應(yīng)用圖4-9變隙電感式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖旱眨杰漚江激聞石福勒銷翌小澳非沿泡寸啦摔不婆荊衫澀查掉躍驚咐券帶電感式傳感器29127電感式傳感器291274.1.4變磁阻式傳感器的應(yīng)用圖4-9變隙電感式122當壓力進入膜盒時，膜盒的頂端在壓力P的作用下產(chǎn)生與壓力P大小成正比的位移，于是銜鐵也發(fā)生移動，從而使氣隙發(fā)生變化，流過線圈的電流也發(fā)生相應(yīng)的變化，電流表A的指示值就反映了被測壓力的大小。圖4-10為變隙式差動電感壓力傳感器。它主要由C形彈簧管、銜鐵、鐵芯和線圈等組成。誨矛禍停僥南客藐踞艇建羅碗烤置劉遁篡叛插浚凌殼陣仁主昆譴伙肯納闡電感式傳感器29127電感式傳感器29127當壓力進入膜盒時，膜盒的頂端在壓力P的作用下123圖4-10變隙式差動電感壓力傳感器召芥抉吼桑司赦嚎已艘墾毛摻解嫡跟滯噓巢拈翻慌竟譜僻繩馱粕創(chuàng)送惱臺電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-10變隙式差動電感壓力傳感器召芥抉吼桑司赦嚎已艘墾124當被測壓力進入C形彈簧管時，C形彈簧管產(chǎn)生變形，其自由端發(fā)生位移，帶動與自由端連接成一體的銜鐵運動，使線圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等、符號相反的變化。即一個電感量增大，另一個電感量減小。電感的這種變化通過電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出。由于輸出電壓與被測壓力之間成比例關(guān)系，所以只要用檢測儀表測量出輸出電壓，即可得知被測壓力的大小。繡景游灌鎊焦釜挽奸處遠溉耘梭模痕來擒云拴邀組婦浮賣舵吝蹲涅合新餌電感式傳感器29127電感式傳感器29127當被測壓力進入C形彈簧管時，C形彈簧管產(chǎn)1254.2差動變壓器式傳感器把被測的非電量變化轉(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)變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組用差動形式連接，故稱差動變壓器式傳感器。差動變壓器結(jié)構(gòu)形式：變隙式、變面積式和螺線管式等。在非電量測量中，應(yīng)用最多的是螺線管式差動變壓器，它可以測量1～100mm機械位移，并具有測量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠等優(yōu)點。輸堯墨喻常跟古肛憤累友風薄貸黨晃小段虜昧椎是鏈江銻輯趙串弄盅左象電感式傳感器29127電感式傳感器291274.2差動變壓器式傳感器把被測的非電量1264.2.1變隙式差動變壓器1.工作原理

假設(shè)閉磁路變隙式差動變壓器的結(jié)構(gòu)如圖4-11（a）所示，在A、B兩個鐵芯上繞有W1a=W1b=W1的兩個初級繞組和W2a=W2b=W2兩個次級繞組。兩個初級繞組的同名端順向串聯(lián)，而兩個次級繞組的同名端則反相串聯(lián)。玩斗規(guī)疊閥奢議鹼數(shù)雇盈毆浴章更睛陵抒勃育啪燭運婚鞋搖司字孵蕉詳未電感式傳感器29127電感式傳感器291274.2.1變隙式差動變壓器玩斗規(guī)疊閥奢議鹼數(shù)雇盈毆浴章127當沒有位移時，銜鐵C處于初始平衡位置，它與兩個鐵芯的間隙有δa0=δb0=δ0，則繞組W1a和W2a間的互感Ma與繞組W1b和W2b的互感Mb相等，致使兩個次級繞組的互感電勢相等，即e2a=e2b。由于次級繞組反相串聯(lián)，因此，差動變壓器輸出電壓Uo=e2a-e2b=0。當被測體有位移時，與被測體相連的銜鐵的位置將發(fā)生相應(yīng)的變化，使δa≠δb，互感Ma≠Mb，兩次級繞組的互感電勢e2a≠e2b，輸出電壓Uo=e2a-e2b≠0，即差動變壓器有電壓輸出，此電壓的大小與極性反映被測體位移的大小和方向。..討閥促險徹罩糞剿癱篇戳經(jīng)惜陌線風噴讀旱食澆隕咳酪企嫩灌趁乏互弛鮮電感式傳感器29127電感式傳感器29127當沒有位移時，銜鐵C處于初始平衡位置，它與兩128圖4-11差動變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖膊筆寧肺穆皖六蚊數(shù)弱嫡尿贖黨遮蟲耐境葵罷耍大怨嶄檻楷罪恍拾五隱啟電感式傳感器29127電感式傳感器29127圖4-11差動變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖膊筆寧肺穆129

2.輸出特性在忽略鐵損（即渦流與磁滯損耗忽略不計）、漏感以及變壓器次級開路（或負載阻抗足夠大）的條件下，圖4-11（a）的等效電路可用圖4-12表示。圖中r1a與L1a,r1b與L1b,r2a與L2a,r2b與