電感式傳感器及應(yīng)用課件

第4章電感式傳感器及應(yīng)用2015/10/121主講人：李靜第4章電感式傳感器及應(yīng)用2015/10/121主講人：李2

根據(jù)法拉第電磁定律，當(dāng)穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電磁感應(yīng)。利用這種現(xiàn)象可以構(gòu)成各種各樣的傳感器。

電感式傳感器是利用線(xiàn)圈自感或互感的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的一種裝置.引言2根據(jù)法拉第電磁定律，當(dāng)穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)電感式傳感器3原理定義利用線(xiàn)圈自感和互感的變化實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的裝置。感測(cè)量位移、振動(dòng)、壓力、應(yīng)變、流量、比重等。分類(lèi)

根據(jù)轉(zhuǎn)換原理：自感式（変磁阻式）、互感式（差動(dòng)變壓器式）、

電渦流式。

根據(jù)結(jié)構(gòu)形式：氣隙型、面積型和螺管型。電磁感應(yīng)

被測(cè)非電量自感系數(shù)L互感系數(shù)M測(cè)量電路U、I、f電感式傳感器3原理電磁感應(yīng)被測(cè)非電量4

優(yōu)點(diǎn)

①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠②分辨率高

機(jī)械位移0.1μm，甚至更小；角位移0.1角秒。輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度可達(dá)數(shù)百mV/mm。③重復(fù)性好，線(xiàn)性度優(yōu)良在幾十μm到數(shù)百mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線(xiàn)性度較好，且比較穩(wěn)定。④能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制不足

存在交流零位信號(hào)，不宜高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。4優(yōu)點(diǎn)不足主要章節(jié)內(nèi)容4.1自感式傳感器4.2差動(dòng)變壓器式傳感器4.3電渦流傳感器5主要章節(jié)內(nèi)容4.1自感式傳感器54.1自感式傳感器

自感式傳感器是利用自感量隨氣隙變化而改變的原理制成的，主要用來(lái)測(cè)量位移。自感式傳感器主要有閉磁路變隙式和開(kāi)磁路螺線(xiàn)管式，它們又都可以分為單線(xiàn)圈式與差動(dòng)式兩種結(jié)構(gòu)形式。64.1自感式傳感器自感式傳感器是利用自感量隨氣隙變化而改內(nèi)容4.1.1

結(jié)構(gòu)和工作原理4.1.2

自感式傳感器的測(cè)量電路4.1.3

自感式傳感器應(yīng)用舉例7內(nèi)容4.1.1結(jié)構(gòu)和工作原理7自感式傳感器的基本工作原理演示8F銜鐵移動(dòng)磁路中氣隙磁阻變化線(xiàn)圈的電感值變化自感式傳感器的基本工作原理演示8F銜鐵移動(dòng)磁路中氣隙磁阻變化4.1.1

基本工作原理9δ線(xiàn)圈鐵芯銜鐵Δδ由于可得：磁路的總磁阻可表示為：近似計(jì)算出線(xiàn)圈的電感量為：4.1.1基本工作原理9δ線(xiàn)圈鐵芯銜鐵Δδ由于可得：磁10結(jié)論電感式傳感器從原理上可分為變氣隙長(zhǎng)度式和變氣隙截面式兩種類(lèi)型，前者常用于測(cè)量直線(xiàn)位移，后者常用于測(cè)量角位移。如果在線(xiàn)圈中放入圓柱形銜鐵，當(dāng)銜鐵上下移動(dòng)時(shí)，自感量將相應(yīng)變化，就構(gòu)成了螺線(xiàn)管型自感傳感器。10結(jié)論電感式傳感器從原理上可分為變氣隙長(zhǎng)度式和變氣隙截面4.1.1常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式111—線(xiàn)圈2—鐵芯3—銜鐵4—測(cè)桿5—導(dǎo)軌6—工件7—轉(zhuǎn)軸4.1.1常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式111—線(xiàn)圈2—鐵芯3—銜鐵由電感式可知，變氣隙長(zhǎng)度式傳感器的線(xiàn)性度差、示值范圍窄、自由行程小，但在小位移下靈敏度很高，常用于小位移的測(cè)量。1．變氣隙式（閉磁路式）自感傳感器

121—線(xiàn)圈2—鐵芯3—銜鐵由電感式可知，變氣131．變氣隙式（閉磁路式）自感傳感器

由電感式同樣可知，變截面式傳感器具有良好的線(xiàn)性度、自由行程大、示值范圍寬，但靈敏度較低，常用來(lái)測(cè)量較大位移量。為擴(kuò)大示值范圍和減小非線(xiàn)性誤差，可采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)。131．變氣隙式（閉磁路式）自感傳感器由電感式2．螺線(xiàn)管式（開(kāi)磁路式）自感式傳感器

螺線(xiàn)管式自感式傳感器常采用差動(dòng)式。141—測(cè)桿2—銜鐵3—線(xiàn)圈差動(dòng)式電感傳感器對(duì)外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁吸力也較小，從而減小了測(cè)量誤差。2．螺線(xiàn)管式（開(kāi)磁路式）自感式傳感器螺線(xiàn)管式自感式傳感器常特性151、2—L1、L2的特性3—差動(dòng)特性特性151、2—L1、L2的特性3—差動(dòng)特性4.1.2自感式傳感器的測(cè)量電路測(cè)量電路有交流分壓式、交流電橋式和諧振式等多種，常用的差動(dòng)式傳感器大多采用交流電橋式。交流電橋的種類(lèi)很多，差動(dòng)形式工作時(shí)其電橋電路常采用雙臂工作方式。164.1.2自感式傳感器的測(cè)量電路測(cè)量電路有交流分壓式、交流1．變壓器交流電橋電橋有兩臂為傳感器的差動(dòng)線(xiàn)圈的阻抗，所以該電路又稱(chēng)為差動(dòng)交流電橋17變壓器式交流電橋電路圖1．變壓器交流電橋電橋有兩臂為傳感器的差動(dòng)線(xiàn)圈的阻抗，所以分析設(shè)O點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，根據(jù)電路的基本分析方法，可得到電橋輸出電壓為當(dāng)傳感器的活動(dòng)鐵芯處于初始平衡位置時(shí)，兩線(xiàn)圈的電感相等，阻抗也相等。電橋輸出電壓，電橋處于平衡狀態(tài)。18分析設(shè)O點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，根據(jù)電路的基本分析方法，可得到電橋輸變化時(shí)當(dāng)鐵芯向一邊移動(dòng)時(shí)，則一個(gè)線(xiàn)圈的阻抗增加，19變化時(shí)當(dāng)鐵芯向一邊移動(dòng)時(shí)，則一個(gè)線(xiàn)圈的阻抗增加，19變化后的電壓當(dāng)傳感器線(xiàn)圈為高Q值時(shí)，則線(xiàn)圈的電阻遠(yuǎn)小于其感抗當(dāng)活動(dòng)鐵芯向另一邊（反方向）移動(dòng)時(shí)差動(dòng)式自感傳感器采用變壓器交流電橋?yàn)闇y(cè)量電路時(shí)，電橋輸出電壓既能反映被測(cè)體位移量的大小，又能反映位移量的方向，且輸出電壓與電感變化量呈線(xiàn)性關(guān)系。20變化后的電壓當(dāng)傳感器線(xiàn)圈為高Q值時(shí)，則線(xiàn)圈的電阻遠(yuǎn)小于其感抗2．帶相敏整流的交流電橋上述變壓器式交流電橋中，由于采用交流電源，則不論活動(dòng)鐵芯向線(xiàn)圈的哪個(gè)方向移動(dòng)，電橋輸出電壓總是交流的，即無(wú)法判別位移的方向。常采用帶相敏整流的交流電橋。212．帶相敏整流的交流電橋上述變壓器式交流電橋中，由于采用交結(jié)構(gòu)22帶相敏整流的交流電橋電路結(jié)構(gòu)22帶相敏整流的交流電橋電路（1）初始平衡位置時(shí)23鐵芯處于初始平衡位置時(shí)的等效電路（1）初始平衡位置時(shí)23鐵芯處于初始平衡位置時(shí)的等效電路（2）活動(dòng)鐵芯向一邊移動(dòng)時(shí)24鐵芯向線(xiàn)圈一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)的等效電路（2）活動(dòng)鐵芯向一邊移動(dòng)時(shí)24鐵芯向線(xiàn)圈一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)的等結(jié)果25在Ui的正半周在Ui的負(fù)半周結(jié)果25在Ui的正半周在Ui的負(fù)半周只要活動(dòng)鐵芯向一方向移動(dòng)，無(wú)論在交流電源的正半周還是負(fù)半周，電橋輸出電壓均為正值。26只要活動(dòng)鐵芯向一方向移動(dòng)，無(wú)論在交流電源的正半周還是負(fù)半周，（3）活動(dòng)鐵芯向相反方向移動(dòng)時(shí)當(dāng)活動(dòng)鐵芯向線(xiàn)圈的另一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，用上述分析方法同樣可以證明，無(wú)論在的正半周還是負(fù)半周，電橋輸出電壓均為負(fù)值。27（3）活動(dòng)鐵芯向相反方向移動(dòng)時(shí)當(dāng)活動(dòng)鐵芯向線(xiàn)圈的另一個(gè)方向移應(yīng)用281—理想特性曲線(xiàn)2—實(shí)際特性曲線(xiàn)應(yīng)用281—理想特性曲線(xiàn)2—實(shí)際特性曲線(xiàn)4.1.3自感式傳感器應(yīng)用舉例用于測(cè)量位移，還可以用于測(cè)量振動(dòng)、應(yīng)變、厚度、壓力、流量、液位等非電量。294.1.3自感式傳感器應(yīng)用舉例用于測(cè)量位移，還可以用于測(cè)量振1．自感式測(cè)厚儀301—可動(dòng)鐵芯2—測(cè)桿3—被測(cè)物體1．自感式測(cè)厚儀301—可動(dòng)鐵芯2—測(cè)桿3—被測(cè)物2．位移測(cè)量311—引線(xiàn)2—線(xiàn)圈3—銜鐵4—測(cè)力彈簧5—導(dǎo)桿6—密封罩7—測(cè)頭2．位移測(cè)量311—引線(xiàn)2—線(xiàn)圈3—銜鐵4—測(cè)其他電感測(cè)微頭32其他電感測(cè)微頭324.2差動(dòng)變壓器式傳感器把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線(xiàn)圈互感變化的傳感器稱(chēng)為互感式傳感器。因這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且其二次繞組都用差動(dòng)形式連接，所以又叫差動(dòng)變壓器式傳感器，簡(jiǎn)稱(chēng)差動(dòng)變壓器。有變隙式、變面積式和螺線(xiàn)管式等在非電量測(cè)量中，應(yīng)用最多的是螺線(xiàn)管式的差動(dòng)變壓器，它可以測(cè)量1～100mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移，并具有測(cè)量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。334.2差動(dòng)變壓器式傳感器把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線(xiàn)圈互感變4.2.1基本工作原理34螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖

1—

一次繞組2—二次繞組3—銜鐵4—測(cè)桿螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器原理圖4.2.1基本工作原理34螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖輸出特性35零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)輸出特性35零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)零點(diǎn)電勢(shì)零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)使得傳感器在零點(diǎn)附近的輸出特性不靈敏，為測(cè)量帶來(lái)誤差。為了減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)，可采用以下方法。（1）盡可能保證傳感器尺寸、線(xiàn)圈電氣參數(shù)和磁路對(duì)稱(chēng)。（2）選用合適的測(cè)量電路。（3）采用補(bǔ)償線(xiàn)路減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。36零點(diǎn)電勢(shì)零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)使得傳感器在零點(diǎn)附近的輸出特性不靈敏，4.2.2測(cè)量電路差動(dòng)變壓器輸出的是交流電壓，若用交流電壓表測(cè)量，只能反映銜鐵位移的大小，而不能反映移動(dòng)方向。另外，其測(cè)量值中將包含零點(diǎn)殘余電壓。為了達(dá)到能辨別移動(dòng)方向及消除零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)目的，實(shí)際測(cè)量時(shí)，常常采用差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路。374.2.2測(cè)量電路差動(dòng)變壓器輸出的是交流電壓，若1．差動(dòng)整流電路381．差動(dòng)整流電路384.2.3差動(dòng)變壓器式傳感器的應(yīng)用差動(dòng)變壓器不僅可以直接用于位移測(cè)量，而且還可以測(cè)量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如振動(dòng)、加速度、應(yīng)變、壓力、張力、比重和厚度等。394.2.3差動(dòng)變壓器式傳感器的應(yīng)用差動(dòng)變壓器不僅可以直接40

L1、L2傳感器作兩個(gè)橋臂；C1、C2為另外兩個(gè)橋臂；D1-D4組成相敏整流器;磁飽和變壓器T提供橋壓。差動(dòng)變壓器式測(cè)厚儀40L1、L2傳感器作兩個(gè)橋臂；C1、C2為另外兩個(gè)橋臂；1．振動(dòng)和加速度的測(cè)量41

振動(dòng)傳感器及其測(cè)量電路1—彈性支撐2—差動(dòng)變壓器1．振動(dòng)和加速度的測(cè)量41振動(dòng)傳感器及其測(cè)量電路2．力和壓力的測(cè)量42

差動(dòng)變壓器式力傳感器1—上部2—銜鐵3—線(xiàn)圈

4—變形部5—下部2．力和壓力的測(cè)量42差動(dòng)變壓器式力傳感器1—上部微壓力傳感器43

1—差動(dòng)變壓器2—銜鐵3—罩殼4—插頭

5—通孔6—底座7—膜盒8—接頭9—線(xiàn)路板電感式微壓力傳感器微壓力傳感器431—差動(dòng)變壓器2—銜鐵3—罩課堂小結(jié)441、電感式傳感器工作原理，能測(cè)量哪些物理量？2、三種自感式傳感器的工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍；3、帶相敏整流交流電橋是怎樣判斷銜鐵移動(dòng)方向的？4、零點(diǎn)殘余電壓是如何產(chǎn)生的，對(duì)傳感器性能會(huì)產(chǎn)生何種影響，如何消除它？課堂小結(jié)441、電感式傳感器工作原理，能測(cè)量哪些物理量？45課后作業(yè)：4.1、4.445課后作業(yè)：4.3電渦流傳感器根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱(chēng)為電渦流式傳感器。按照電渦流在導(dǎo)體內(nèi)的貫穿情況，此傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類(lèi)，但從基本工作原理上來(lái)說(shuō)仍是相似的。電渦流式傳感器最大的特點(diǎn)是能對(duì)位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進(jìn)行非接觸式連續(xù)測(cè)量，另外還具有體積小、靈敏度高、頻率響應(yīng)寬等特點(diǎn)，應(yīng)用極其廣泛。464.3電渦流傳感器根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變4.3.1電渦流傳感器的工作原理線(xiàn)圈阻抗的變化完全取決于被測(cè)金屬導(dǎo)體的電渦流效應(yīng)。而電渦流效應(yīng)既與被測(cè)體的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ以及幾何形狀有關(guān)，又與線(xiàn)圈幾何參數(shù)、線(xiàn)圈中激磁電流頻率有關(guān)，還與線(xiàn)圈與導(dǎo)體間的距離x有關(guān)。因此，傳感器線(xiàn)圈受電渦流影響時(shí)的等效阻抗Z的函數(shù)關(guān)系式為Z=F（ρ，μ，R，，x）47電渦流傳感器原理圖4.3.1電渦流傳感器的工作原理線(xiàn)圈阻抗的變化完全取決如果保持上式中其他參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，傳感器線(xiàn)圈阻抗Z就僅僅是這個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)。通過(guò)與傳感器配用的測(cè)量電路測(cè)出阻抗Z的變化量，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該參數(shù)的測(cè)量。48如果保持上式中其他參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，傳感器線(xiàn)圈4.3.2電渦流傳感器基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型

1．電渦流傳感器基本結(jié)構(gòu)2．電渦流傳感器基本類(lèi)型494.3.2電渦流傳感器基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型1．電渦流傳感器基1．電渦流傳感器基本結(jié)構(gòu)電渦流式傳感器的基本結(jié)構(gòu)主要由線(xiàn)圈和框架組成。根據(jù)線(xiàn)圈在框架上的安置方法，傳感器的結(jié)構(gòu)可分為兩種形式：一種是單獨(dú)繞成一只無(wú)框架的扁平圓形線(xiàn)圈，由膠水將此線(xiàn)圈粘接于框架的頂部50

圖4-26CZF3型電渦流式傳感器

1—?dú)んw2—框架3—線(xiàn)圈4—保護(hù)套

5—填料6—螺母7—電纜

1．電渦流傳感器基本結(jié)構(gòu)電渦流式傳感器的基本結(jié)構(gòu)主要由線(xiàn)圈和另一種是在框架的接近端面處開(kāi)一條細(xì)槽，用導(dǎo)線(xiàn)在槽中繞成一只線(xiàn)圈，如圖4-27所示的CZF1型電渦流式傳感器。51

圖4-27CZF1型電渦流式傳感器1—電渦流線(xiàn)圈2—前端殼體3—位置調(diào)節(jié)螺4—信號(hào)處理電路5—夾持螺母6—電源指示燈—閾值指示燈8—輸出屏蔽電纜線(xiàn)9—電纜插頭另一種是在框架的接近端面處開(kāi)一條細(xì)槽，用導(dǎo)線(xiàn)在槽中繞成一只線(xiàn)2．電渦流傳感器基本類(lèi)型電渦流在金屬導(dǎo)體內(nèi)的滲透深度與傳感器線(xiàn)圈的激勵(lì)信號(hào)頻率有關(guān)，故電渦流式傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類(lèi)。目前高頻反射式電渦流傳感器應(yīng)用較廣泛。522．電渦流傳感器基本類(lèi)型電渦流在金屬導(dǎo)體內(nèi)的滲透深度與傳感器（1）高頻反射式高頻（>1MHz）激勵(lì)電流產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)作用于金屬板的表面，由于集膚效應(yīng)，在金屬板表面將形成渦電流。與此同時(shí)，該渦流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)又反作用于線(xiàn)圈，引起線(xiàn)圈自感L或阻抗ZL的變化。線(xiàn)圈自感L或阻抗ZL的變化與金屬板距離h、金屬板的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ、激勵(lì)電流i及角頻率ω等有關(guān)，若只改變距離h而保持其他參數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為線(xiàn)圈自感的變化，通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出。高頻反射式渦流傳感器多用于位移測(cè)量。53高頻反射式電渦流傳感器（1）高頻反射式高頻（>1MHz）激勵(lì)電流產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)作用（2）低頻透射式54

低頻透射式電渦流傳感器（2）低頻透射式54低頻透射式電渦流傳感器4.3.3測(cè)量電路1．電橋電路2．調(diào)幅式（AM）電路3．調(diào)頻（FM）式電路（100kHz～1MHz）554.3.3測(cè)量電路1．電橋電路551．電橋電路靜態(tài)時(shí)，電橋平衡，橋路輸出UAB＝0。工作時(shí)，傳感器接近被測(cè)體，電渦流效應(yīng)等效電感L發(fā)生變化，測(cè)量電橋失去平衡，即UAB≠0，經(jīng)線(xiàn)性放大后送檢波器檢波后輸出直流電壓U。561．電橋電路靜態(tài)時(shí)，電橋平衡，橋路輸出UAB＝0。工作時(shí)，傳2．調(diào)幅式（AM）電路石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓（100kHz～1MHz）用于激勵(lì)電渦流線(xiàn)圈。金屬材料在高頻磁場(chǎng)中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線(xiàn)圈端電壓的衰減，再經(jīng)高放、檢波、低放電路，最終輸出的直流電壓Uo反映了金屬體對(duì)電渦流線(xiàn)圈的影響）。572．調(diào)幅式（AM）電路石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓（3．調(diào)頻（FM）式電路（100kHz～1MHz）當(dāng)電渦流線(xiàn)圈與被測(cè)體的距離x改變時(shí)，電渦流線(xiàn)圈的電感量L也隨之改變，引起LC振蕩器的輸出頻率變化，此頻率可直接用計(jì)算機(jī)測(cè)量。如果要用模擬儀表進(jìn)行顯示或記錄時(shí)，必須使用鑒頻器，將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo。583．調(diào)頻（FM）式電路（100kHz～1MHz）當(dāng)電渦流線(xiàn)圈4.3.4電渦流傳感器的應(yīng)用渦流式傳感器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于進(jìn)行非接觸的連續(xù)測(cè)量，靈敏度較高，適用性強(qiáng)①利用位移x作為變換量，可以做成測(cè)量位移、厚度、振幅、振擺、轉(zhuǎn)速等傳感器，也可做成接近開(kāi)關(guān)、計(jì)數(shù)器等；②利用材料電阻率作為變換量，可以做成測(cè)量溫度，材質(zhì)判別等傳感器；③利用導(dǎo)磁率作為變換量，可以做成測(cè)量應(yīng)力，硬度等傳感器；④利用變換量x、、等的綜臺(tái)影響，可以做成探傷裝置。594.3.4電渦流傳感器的應(yīng)用渦流式傳感器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)1．測(cè)量轉(zhuǎn)速在軟磁材料制成的輸入軸上加工一鍵槽（或裝上一個(gè)齒輪狀的零件），在距輸入表面d0處設(shè)置電渦流傳感器，輸入軸與被測(cè)旋轉(zhuǎn)軸相連。60實(shí)物圖1．測(cè)量轉(zhuǎn)速在軟磁材料制成的輸入軸上加工一鍵槽（或裝上一個(gè)原理當(dāng)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出軸的距離發(fā)生d0+Δd的變化。由于電渦流效應(yīng)，這種變化將導(dǎo)致振蕩諧振回路的品質(zhì)因數(shù)變化，使傳感器線(xiàn)圈電感隨Δd的變化也發(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(hào)中包含有與轉(zhuǎn)數(shù)成正比的脈沖頻率信號(hào)。該信號(hào)由檢波器檢出電壓幅值的變化量，然后經(jīng)整形電路輸出脈沖頻率信號(hào)f，該信號(hào)經(jīng)電路處理便可得到被測(cè)轉(zhuǎn)速。61原理當(dāng)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出軸的距離發(fā)生d0+Δd的變化。由于電2．測(cè)位移接通電源后，在電渦流探頭的有效面（感應(yīng)工作面）將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí)，金屬表面將吸取電渦流探頭中的高頻振蕩能量，使振蕩器的輸出幅度線(xiàn)性地衰減，根據(jù)衰減量的變化，可計(jì)算出與被檢物體的距離、振動(dòng)等參數(shù)。這種位移傳感器屬于非接觸測(cè)量，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，壽命較長(zhǎng)，可在各種惡劣條件下使用。622．測(cè)位移接通電源后，在電渦流探頭的有效面（感應(yīng)工作面）將3．電渦流接近開(kāi)關(guān)接近開(kāi)關(guān)又稱(chēng)無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)。常用的接近開(kāi)關(guān)有電渦流式（俗稱(chēng)電感接近開(kāi)關(guān)）、電容式、磁性干簧開(kāi)關(guān)、霍爾式、光電式、微波式、超聲波式等它能在一定的距離（幾毫米至幾十毫米）內(nèi)檢測(cè)有無(wú)物體靠近。當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時(shí)，就可以發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)。接近開(kāi)關(guān)的核心部分是“感辨頭”，它對(duì)正在接近的物體有很高的感辨能力。633．電渦流接近開(kāi)關(guān)接近開(kāi)關(guān)又稱(chēng)無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)。常用的接近開(kāi)實(shí)物64

接近開(kāi)關(guān)外形圖實(shí)物64接近開(kāi)關(guān)外形圖原理電渦流式接近開(kāi)關(guān)屬于一種開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器。原理圖如圖4-36所示，它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)的振蕩感辨頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開(kāi)關(guān)，使接近開(kāi)關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無(wú)金屬物體接近，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷。這種接近開(kāi)關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是導(dǎo)電性能良好的金屬物體。65原理電渦流式接近開(kāi)關(guān)屬于一種開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器。原理圖如接近開(kāi)關(guān)原理圖66接近開(kāi)關(guān)原理圖66轉(zhuǎn)速測(cè)量67轉(zhuǎn)速測(cè)量67接近開(kāi)關(guān)外形接近開(kāi)關(guān)外形68接近開(kāi)關(guān)外形接近開(kāi)關(guān)外形68偏心和振動(dòng)檢測(cè)69偏心和振動(dòng)檢測(cè)69電渦流表面探傷70掌上型

電渦流

探傷儀電渦流表面探傷70掌上型

電渦流

探傷儀4．金屬探測(cè)器71金屬探測(cè)器適用于金屬管道的尋找定位、海濱游泳場(chǎng)沙灘金屬垃圾的清除及其他工業(yè)和民用場(chǎng)所。4．金屬探測(cè)器71金屬探測(cè)器適用于金屬管道的尋找定位、海濱游本章小結(jié)變磁阻式傳感器是利用被測(cè)量的變化使線(xiàn)圈電感量發(fā)生改變來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。它可分為自感式傳感器、差動(dòng)變壓器式傳感器、電渦流式傳感器等幾種，而前兩種又統(tǒng)稱(chēng)為電感式傳感器。自感式變氣隙傳感器有基本變氣隙傳感器與差動(dòng)變氣隙式傳感器。兩者相比，后者的靈敏度比前者的高一倍，且線(xiàn)性度得到明顯改善。72本章小結(jié)變磁阻式傳感器是利用被測(cè)量的變化使線(xiàn)圈電感量發(fā)生改變差動(dòng)變壓器式傳感器屬于互感式傳感器，把被測(cè)得的非電量轉(zhuǎn)換為線(xiàn)圈間互感量的變化。差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)形式有變氣隙式、變面積式和螺線(xiàn)管式等，其中應(yīng)用最多的是螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器。電渦流式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻率響應(yīng)寬，靈敏度高，測(cè)量范圍大，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，特別是電渦流式傳感器可以實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量。應(yīng)用電渦流式傳感器可實(shí)現(xiàn)多種物理量的測(cè)量，也可用于無(wú)損探傷。73差動(dòng)變壓器式傳感器屬于互感式傳感器，把被測(cè)得的非電量轉(zhuǎn)換為線(xiàn)休息一下！74休息一下！74第4章電感式傳感器及應(yīng)用2015/10/1275主講人：李靜第4章電感式傳感器及應(yīng)用2015/10/121主講人：李76

根據(jù)法拉第電磁定律，當(dāng)穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電磁感應(yīng)。利用這種現(xiàn)象可以構(gòu)成各種各樣的傳感器。

電感式傳感器是利用線(xiàn)圈自感或互感的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的一種裝置.引言2根據(jù)法拉第電磁定律，當(dāng)穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)電感式傳感器77原理定義利用線(xiàn)圈自感和互感的變化實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的裝置。感測(cè)量位移、振動(dòng)、壓力、應(yīng)變、流量、比重等。分類(lèi)

根據(jù)轉(zhuǎn)換原理：自感式（変磁阻式）、互感式（差動(dòng)變壓器式）、

電渦流式。

根據(jù)結(jié)構(gòu)形式：氣隙型、面積型和螺管型。電磁感應(yīng)

被測(cè)非電量自感系數(shù)L互感系數(shù)M測(cè)量電路U、I、f電感式傳感器3原理電磁感應(yīng)被測(cè)非電量78

優(yōu)點(diǎn)

①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠②分辨率高

機(jī)械位移0.1μm，甚至更?。唤俏灰?.1角秒。輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度可達(dá)數(shù)百mV/mm。③重復(fù)性好，線(xiàn)性度優(yōu)良在幾十μm到數(shù)百mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線(xiàn)性度較好，且比較穩(wěn)定。④能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制不足

存在交流零位信號(hào)，不宜高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。4優(yōu)點(diǎn)不足主要章節(jié)內(nèi)容4.1自感式傳感器4.2差動(dòng)變壓器式傳感器4.3電渦流傳感器79主要章節(jié)內(nèi)容4.1自感式傳感器54.1自感式傳感器

自感式傳感器是利用自感量隨氣隙變化而改變的原理制成的，主要用來(lái)測(cè)量位移。自感式傳感器主要有閉磁路變隙式和開(kāi)磁路螺線(xiàn)管式，它們又都可以分為單線(xiàn)圈式與差動(dòng)式兩種結(jié)構(gòu)形式。804.1自感式傳感器自感式傳感器是利用自感量隨氣隙變化而改內(nèi)容4.1.1

結(jié)構(gòu)和工作原理4.1.2

自感式傳感器的測(cè)量電路4.1.3

自感式傳感器應(yīng)用舉例81內(nèi)容4.1.1結(jié)構(gòu)和工作原理7自感式傳感器的基本工作原理演示82F銜鐵移動(dòng)磁路中氣隙磁阻變化線(xiàn)圈的電感值變化自感式傳感器的基本工作原理演示8F銜鐵移動(dòng)磁路中氣隙磁阻變化4.1.1

基本工作原理83δ線(xiàn)圈鐵芯銜鐵Δδ由于可得：磁路的總磁阻可表示為：近似計(jì)算出線(xiàn)圈的電感量為：4.1.1基本工作原理9δ線(xiàn)圈鐵芯銜鐵Δδ由于可得：磁84結(jié)論電感式傳感器從原理上可分為變氣隙長(zhǎng)度式和變氣隙截面式兩種類(lèi)型，前者常用于測(cè)量直線(xiàn)位移，后者常用于測(cè)量角位移。如果在線(xiàn)圈中放入圓柱形銜鐵，當(dāng)銜鐵上下移動(dòng)時(shí)，自感量將相應(yīng)變化，就構(gòu)成了螺線(xiàn)管型自感傳感器。10結(jié)論電感式傳感器從原理上可分為變氣隙長(zhǎng)度式和變氣隙截面4.1.1常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式851—線(xiàn)圈2—鐵芯3—銜鐵4—測(cè)桿5—導(dǎo)軌6—工件7—轉(zhuǎn)軸4.1.1常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式111—線(xiàn)圈2—鐵芯3—銜鐵由電感式可知，變氣隙長(zhǎng)度式傳感器的線(xiàn)性度差、示值范圍窄、自由行程小，但在小位移下靈敏度很高，常用于小位移的測(cè)量。1．變氣隙式（閉磁路式）自感傳感器

861—線(xiàn)圈2—鐵芯3—銜鐵由電感式可知，變氣871．變氣隙式（閉磁路式）自感傳感器

由電感式同樣可知，變截面式傳感器具有良好的線(xiàn)性度、自由行程大、示值范圍寬，但靈敏度較低，常用來(lái)測(cè)量較大位移量。為擴(kuò)大示值范圍和減小非線(xiàn)性誤差，可采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)。131．變氣隙式（閉磁路式）自感傳感器由電感式2．螺線(xiàn)管式（開(kāi)磁路式）自感式傳感器

螺線(xiàn)管式自感式傳感器常采用差動(dòng)式。881—測(cè)桿2—銜鐵3—線(xiàn)圈差動(dòng)式電感傳感器對(duì)外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁吸力也較小，從而減小了測(cè)量誤差。2．螺線(xiàn)管式（開(kāi)磁路式）自感式傳感器螺線(xiàn)管式自感式傳感器常特性891、2—L1、L2的特性3—差動(dòng)特性特性151、2—L1、L2的特性3—差動(dòng)特性4.1.2自感式傳感器的測(cè)量電路測(cè)量電路有交流分壓式、交流電橋式和諧振式等多種，常用的差動(dòng)式傳感器大多采用交流電橋式。交流電橋的種類(lèi)很多，差動(dòng)形式工作時(shí)其電橋電路常采用雙臂工作方式。904.1.2自感式傳感器的測(cè)量電路測(cè)量電路有交流分壓式、交流1．變壓器交流電橋電橋有兩臂為傳感器的差動(dòng)線(xiàn)圈的阻抗，所以該電路又稱(chēng)為差動(dòng)交流電橋91變壓器式交流電橋電路圖1．變壓器交流電橋電橋有兩臂為傳感器的差動(dòng)線(xiàn)圈的阻抗，所以分析設(shè)O點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，根據(jù)電路的基本分析方法，可得到電橋輸出電壓為當(dāng)傳感器的活動(dòng)鐵芯處于初始平衡位置時(shí)，兩線(xiàn)圈的電感相等，阻抗也相等。電橋輸出電壓，電橋處于平衡狀態(tài)。92分析設(shè)O點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，根據(jù)電路的基本分析方法，可得到電橋輸變化時(shí)當(dāng)鐵芯向一邊移動(dòng)時(shí)，則一個(gè)線(xiàn)圈的阻抗增加，93變化時(shí)當(dāng)鐵芯向一邊移動(dòng)時(shí)，則一個(gè)線(xiàn)圈的阻抗增加，19變化后的電壓當(dāng)傳感器線(xiàn)圈為高Q值時(shí)，則線(xiàn)圈的電阻遠(yuǎn)小于其感抗當(dāng)活動(dòng)鐵芯向另一邊（反方向）移動(dòng)時(shí)差動(dòng)式自感傳感器采用變壓器交流電橋?yàn)闇y(cè)量電路時(shí)，電橋輸出電壓既能反映被測(cè)體位移量的大小，又能反映位移量的方向，且輸出電壓與電感變化量呈線(xiàn)性關(guān)系。94變化后的電壓當(dāng)傳感器線(xiàn)圈為高Q值時(shí)，則線(xiàn)圈的電阻遠(yuǎn)小于其感抗2．帶相敏整流的交流電橋上述變壓器式交流電橋中，由于采用交流電源，則不論活動(dòng)鐵芯向線(xiàn)圈的哪個(gè)方向移動(dòng)，電橋輸出電壓總是交流的，即無(wú)法判別位移的方向。常采用帶相敏整流的交流電橋。952．帶相敏整流的交流電橋上述變壓器式交流電橋中，由于采用交結(jié)構(gòu)96帶相敏整流的交流電橋電路結(jié)構(gòu)22帶相敏整流的交流電橋電路（1）初始平衡位置時(shí)97鐵芯處于初始平衡位置時(shí)的等效電路（1）初始平衡位置時(shí)23鐵芯處于初始平衡位置時(shí)的等效電路（2）活動(dòng)鐵芯向一邊移動(dòng)時(shí)98鐵芯向線(xiàn)圈一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)的等效電路（2）活動(dòng)鐵芯向一邊移動(dòng)時(shí)24鐵芯向線(xiàn)圈一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)的等結(jié)果99在Ui的正半周在Ui的負(fù)半周結(jié)果25在Ui的正半周在Ui的負(fù)半周只要活動(dòng)鐵芯向一方向移動(dòng)，無(wú)論在交流電源的正半周還是負(fù)半周，電橋輸出電壓均為正值。100只要活動(dòng)鐵芯向一方向移動(dòng)，無(wú)論在交流電源的正半周還是負(fù)半周，（3）活動(dòng)鐵芯向相反方向移動(dòng)時(shí)當(dāng)活動(dòng)鐵芯向線(xiàn)圈的另一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，用上述分析方法同樣可以證明，無(wú)論在的正半周還是負(fù)半周，電橋輸出電壓均為負(fù)值。101（3）活動(dòng)鐵芯向相反方向移動(dòng)時(shí)當(dāng)活動(dòng)鐵芯向線(xiàn)圈的另一個(gè)方向移應(yīng)用1021—理想特性曲線(xiàn)2—實(shí)際特性曲線(xiàn)應(yīng)用281—理想特性曲線(xiàn)2—實(shí)際特性曲線(xiàn)4.1.3自感式傳感器應(yīng)用舉例用于測(cè)量位移，還可以用于測(cè)量振動(dòng)、應(yīng)變、厚度、壓力、流量、液位等非電量。1034.1.3自感式傳感器應(yīng)用舉例用于測(cè)量位移，還可以用于測(cè)量振1．自感式測(cè)厚儀1041—可動(dòng)鐵芯2—測(cè)桿3—被測(cè)物體1．自感式測(cè)厚儀301—可動(dòng)鐵芯2—測(cè)桿3—被測(cè)物2．位移測(cè)量1051—引線(xiàn)2—線(xiàn)圈3—銜鐵4—測(cè)力彈簧5—導(dǎo)桿6—密封罩7—測(cè)頭2．位移測(cè)量311—引線(xiàn)2—線(xiàn)圈3—銜鐵4—測(cè)其他電感測(cè)微頭106其他電感測(cè)微頭324.2差動(dòng)變壓器式傳感器把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線(xiàn)圈互感變化的傳感器稱(chēng)為互感式傳感器。因這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且其二次繞組都用差動(dòng)形式連接，所以又叫差動(dòng)變壓器式傳感器，簡(jiǎn)稱(chēng)差動(dòng)變壓器。有變隙式、變面積式和螺線(xiàn)管式等在非電量測(cè)量中，應(yīng)用最多的是螺線(xiàn)管式的差動(dòng)變壓器，它可以測(cè)量1～100mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移，并具有測(cè)量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。1074.2差動(dòng)變壓器式傳感器把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線(xiàn)圈互感變4.2.1基本工作原理108螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖

1—

一次繞組2—二次繞組3—銜鐵4—測(cè)桿螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器原理圖4.2.1基本工作原理34螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖輸出特性109零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)輸出特性35零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)零點(diǎn)電勢(shì)零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)使得傳感器在零點(diǎn)附近的輸出特性不靈敏，為測(cè)量帶來(lái)誤差。為了減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)，可采用以下方法。（1）盡可能保證傳感器尺寸、線(xiàn)圈電氣參數(shù)和磁路對(duì)稱(chēng)。（2）選用合適的測(cè)量電路。（3）采用補(bǔ)償線(xiàn)路減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。110零點(diǎn)電勢(shì)零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)使得傳感器在零點(diǎn)附近的輸出特性不靈敏，4.2.2測(cè)量電路差動(dòng)變壓器輸出的是交流電壓，若用交流電壓表測(cè)量，只能反映銜鐵位移的大小，而不能反映移動(dòng)方向。另外，其測(cè)量值中將包含零點(diǎn)殘余電壓。為了達(dá)到能辨別移動(dòng)方向及消除零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)目的，實(shí)際測(cè)量時(shí)，常常采用差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路。1114.2.2測(cè)量電路差動(dòng)變壓器輸出的是交流電壓，若1．差動(dòng)整流電路1121．差動(dòng)整流電路384.2.3差動(dòng)變壓器式傳感器的應(yīng)用差動(dòng)變壓器不僅可以直接用于位移測(cè)量，而且還可以測(cè)量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如振動(dòng)、加速度、應(yīng)變、壓力、張力、比重和厚度等。1134.2.3差動(dòng)變壓器式傳感器的應(yīng)用差動(dòng)變壓器不僅可以直接114

L1、L2傳感器作兩個(gè)橋臂；C1、C2為另外兩個(gè)橋臂；D1-D4組成相敏整流器;磁飽和變壓器T提供橋壓。差動(dòng)變壓器式測(cè)厚儀40L1、L2傳感器作兩個(gè)橋臂；C1、C2為另外兩個(gè)橋臂；1．振動(dòng)和加速度的測(cè)量115

振動(dòng)傳感器及其測(cè)量電路1—彈性支撐2—差動(dòng)變壓器1．振動(dòng)和加速度的測(cè)量41振動(dòng)傳感器及其測(cè)量電路2．力和壓力的測(cè)量116

差動(dòng)變壓器式力傳感器1—上部2—銜鐵3—線(xiàn)圈

4—變形部5—下部2．力和壓力的測(cè)量42差動(dòng)變壓器式力傳感器1—上部微壓力傳感器117

1—差動(dòng)變壓器2—銜鐵3—罩殼4—插頭

5—通孔6—底座7—膜盒8—接頭9—線(xiàn)路板電感式微壓力傳感器微壓力傳感器431—差動(dòng)變壓器2—銜鐵3—罩課堂小結(jié)1181、電感式傳感器工作原理，能測(cè)量哪些物理量？2、三種自感式傳感器的工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍；3、帶相敏整流交流電橋是怎樣判斷銜鐵移動(dòng)方向的？4、零點(diǎn)殘余電壓是如何產(chǎn)生的，對(duì)傳感器性能會(huì)產(chǎn)生何種影響，如何消除它？課堂小結(jié)441、電感式傳感器工作原理，能測(cè)量哪些物理量？119課后作業(yè)：4.1、4.445課后作業(yè)：4.3電渦流傳感器根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱(chēng)為電渦流式傳感器。按照電渦流在導(dǎo)體內(nèi)的貫穿情況，此傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類(lèi)，但從基本工作原理上來(lái)說(shuō)仍是相似的。電渦流式傳感器最大的特點(diǎn)是能對(duì)位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進(jìn)行非接觸式連續(xù)測(cè)量，另外還具有體積小、靈敏度高、頻率響應(yīng)寬等特點(diǎn)，應(yīng)用極其廣泛。1204.3電渦流傳感器根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變4.3.1電渦流傳感器的工作原理線(xiàn)圈阻抗的變化完全取決于被測(cè)金屬導(dǎo)體的電渦流效應(yīng)。而電渦流效應(yīng)既與被測(cè)體的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ以及幾何形狀有關(guān)，又與線(xiàn)圈幾何參數(shù)、線(xiàn)圈中激磁電流頻率有關(guān)，還與線(xiàn)圈與導(dǎo)體間的距離x有關(guān)。因此，傳感器線(xiàn)圈受電渦流影響時(shí)的等效阻抗Z的函數(shù)關(guān)系式為Z=F（ρ，μ，R，，x）121電渦流傳感器原理圖4.3.1電渦流傳感器的工作原理線(xiàn)圈阻抗的變化完全取決如果保持上式中其他參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，傳感器線(xiàn)圈阻抗Z就僅僅是這個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)。通過(guò)與傳感器配用的測(cè)量電路測(cè)出阻抗Z的變化量，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該參數(shù)的測(cè)量。122如果保持上式中其他參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，傳感器線(xiàn)圈4.3.2電渦流傳感器基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型

1．電渦流傳感器基本結(jié)構(gòu)2．電渦流傳感器基本類(lèi)型1234.3.2電渦流傳感器基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型1．電渦流傳感器基1．電渦流傳感器基本結(jié)構(gòu)電渦流式傳感器的基本結(jié)構(gòu)主要由線(xiàn)圈和框架組成。根據(jù)線(xiàn)圈在框架上的安置方法，傳感器的結(jié)構(gòu)可分為兩種形式：一種是單獨(dú)繞成一只無(wú)框架的扁平圓形線(xiàn)圈，由膠水將此線(xiàn)圈粘接于框架的頂部124

圖4-26CZF3型電渦流式傳感器

1—?dú)んw2—框架3—線(xiàn)圈4—保護(hù)套

5—填料6—螺母7—電纜

1．電渦流傳感器基本結(jié)構(gòu)電渦流式傳感器的基本結(jié)構(gòu)主要由線(xiàn)圈和另一種是在框架的接近端面處開(kāi)一條細(xì)槽，用導(dǎo)線(xiàn)在槽中繞成一只線(xiàn)圈，如圖4-27所示的CZF1型電渦流式傳感器。125

圖4-27CZF1型電渦流式傳感器1—電渦流線(xiàn)圈2—前端殼體3—位置調(diào)節(jié)螺4—信號(hào)處理電路5—夾持螺母6—電源指示燈—閾值指示燈8—輸出屏蔽電纜線(xiàn)9—電纜插頭另一種是在框架的接近端面處開(kāi)一條細(xì)槽，用導(dǎo)線(xiàn)在槽中繞成一只線(xiàn)2．電渦流傳感器基本類(lèi)型電渦流在金屬導(dǎo)體內(nèi)的滲透深度與傳感器線(xiàn)圈的激勵(lì)信號(hào)頻率有關(guān)，故電渦流式傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類(lèi)。目前高頻反射式電渦流傳感器應(yīng)用較廣泛。1262．電渦流傳感器基本類(lèi)型電渦流在金屬導(dǎo)體內(nèi)的滲透深度與傳感器（1）高頻反射式高頻（>1MHz）激勵(lì)電流產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)作用于金屬板的表面，由于集膚效應(yīng)，在金屬板表面將形成渦電流。與此同時(shí)，該渦流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)又反作用于線(xiàn)圈，引起線(xiàn)圈自感L或阻抗ZL的變化。線(xiàn)圈自感L或阻抗ZL的變化與金屬板距離h、金屬板的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ、激勵(lì)電流i及角頻率ω等有關(guān)，若只改變距離h而保持其他參數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為線(xiàn)圈自感的變化，通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出。高頻反射式渦流傳感器多用于位移測(cè)量。127高頻反射式電渦流傳感器（1）高頻反射式高頻（>1MHz）激勵(lì)電流產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)作用（2）低頻透射式128

低頻透射式電渦流傳感器（2）低頻透射式54低頻透射式電渦流傳感器4.3.3測(cè)量電路1．電橋電路2．調(diào)幅式（AM）電路3．調(diào)頻（FM）式電路（100kHz～1MHz）1294.3.3測(cè)量電路1．電橋電路551．電橋電路靜態(tài)時(shí)，電橋平衡，橋路輸出UAB＝0。工作時(shí)，傳感器接近被測(cè)體，電渦流效應(yīng)等效電感L發(fā)生變化，測(cè)量電橋失去平衡，即UAB≠0，經(jīng)線(xiàn)性放大后送檢波器檢波后輸出直流電壓U。1301．電橋電路靜態(tài)時(shí)，電橋平衡，橋路輸出UAB＝0。工作時(shí)，傳2．調(diào)幅式（AM）電路石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓（100kHz～1MHz）用于激勵(lì)電渦流線(xiàn)圈。金屬材料在高頻磁場(chǎng)中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線(xiàn)圈端電壓的衰減，再經(jīng)高放、檢波、低放電路，最終輸出的直流電壓Uo反映了金屬體對(duì)電渦流線(xiàn)圈的影響）。1312．調(diào)幅式（AM）電路石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓（3．調(diào)頻（FM）式電路（100kHz～1MHz）當(dāng)電渦流線(xiàn)圈與被測(cè)體的距離x改變時(shí)，電渦流線(xiàn)圈的電感量L也隨之改變，引起LC振蕩器的輸出頻率變化，此頻率可直接用計(jì)算機(jī)測(cè)量。如果要用模擬儀表進(jìn)行顯示或記錄時(shí)，必須使用鑒頻器，將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo。1323．調(diào)頻（FM）式電路（100kHz～1MHz）當(dāng)電渦流線(xiàn)圈4.3.4電渦流傳感器的應(yīng)用渦流式傳感器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于進(jìn)行非接觸的連續(xù)測(cè)量，靈敏度較高，適用性強(qiáng)①利用位移x作為變換量，可以做成測(cè)量位移、厚度