智能傳感與檢測技術(shù) 課件 第3章電感式傳感器

機械工業(yè)出版社CHINAMACHINEPRESS電感式傳感器第3章智能傳感與檢測技術(shù)徐小華主編

ISBN978-7-111-76072-6電感式傳感器03前言智能傳感與檢測技術(shù)傳感器電感式傳感器利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移、壓力、流量、振動等的變化轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機械量（如張力、壓力、壓差、加速度、振動、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測量。電感式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量力小、分辨率高、輸出功率大及測試精度高等優(yōu)點。但同時它也有頻率響應(yīng)較低、不宜用于快速動態(tài)測量等缺點。常用電感式傳感器有變氣隙型、變面積型和螺管型。在實際應(yīng)用中，這三種傳感器多制成差動式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。電感式傳感器03工作原理自感式傳感器（見圖3-1）又稱電感式位移傳感器，是由鐵芯、線圈和銜鐵構(gòu)成的，是將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料制成。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料磁導(dǎo)率都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當(dāng)把線圈接入測量電路并接通激勵電源時，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。3.1自感式傳感器式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)電感式傳感器033.1自感式傳感器式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)電感式傳感器033.1自感式傳感器式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)電感式傳感器033.1自感式傳感器式傳感器結(jié)論智能傳感與檢測技術(shù)電感式傳感器03測量原理目前使用最廣泛的自感式傳感器是變氣隙式自感傳感器。其測量原理是：鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或鐵鎳合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當(dāng)銜鐵移動時，氣隙厚度發(fā)生改變化，引起磁路總磁阻變化，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。變氣隙式自感傳感器傳感器智能傳感與檢測技術(shù)電感式傳感器03變氣隙式自感式傳感器式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)電感式傳感器03結(jié)論變氣隙式自感傳感器的測量范圍與靈敏度和線性度相矛盾，因此變氣隙式自感傳感器適用于測量微小位移的場合。為了減小非線性誤差，實際測量中廣泛采用差動式變氣隙式自感傳感器。傳感器與智能檢測技術(shù)變氣隙式自感式傳感器式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖電感式傳感器03兩者對比比較單線圈和差動兩種變氣隙式自感傳感器的特性，可以得到如下結(jié)論。（1）差動式變氣隙式自感傳感器的靈敏度是單線圈式的兩倍，（2）差動式變氣隙式自感傳感器的線性度得到明顯改善。變氣隙式自感式傳感器式傳感器參數(shù)要求

為了使輸出特性得到有效改善，構(gòu)成差動的兩個變氣隙式自感傳

感器在結(jié)構(gòu)尺寸、材料、電氣參數(shù)等方面均應(yīng)完全一致。智能傳感與檢測技術(shù)電感式傳感器03工作原理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，故又稱差動變壓器式傳感器。3.2互感式傳感器式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖圖3-4a、b所示的為變氣隙式差動變壓器傳感器；圖3-4c、d所示的為螺管式差動變壓器傳感器；圖3-4e、f所示的為變面積式差動變壓器傳感器。智能傳感與檢測技術(shù)電感式傳感器033.2互感式傳感器傳感器在非電量測量中，應(yīng)用最多的是螺管式差動變壓器傳感器，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。實際應(yīng)用智能傳感與檢測技術(shù)電感式傳感器033.3電渦流式傳感器工作原理根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈漩渦狀流動的感應(yīng)電流，稱之為電渦流，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)?；陔姕u流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器，其原理圖如圖3-5所示。實際應(yīng)用電渦流式傳感器由于具有測量范圍大、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強、可以實現(xiàn)非接觸式測量等優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的各個領(lǐng)域，可以用來測量位移、振幅、尺寸、厚度、熱膨脹系數(shù)、軸心軌跡和金屬件探傷等。智能傳感與檢測技術(shù)電感式傳感器033.3電渦流式傳感器

結(jié)構(gòu)原理圖智能傳感與檢測技術(shù)電感式傳感器033.4電感式傳感器的應(yīng)用3.4.1變氣隙電感式壓力傳感器式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)電感式傳感器033.4電感式傳感器的應(yīng)用3.4.2電渦流式傳感器式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)電感式傳感器03電渦流式傳感器可用于測