(第4章)电感式传感器.ppt

第第4 4章章电感式传感器电感式传感器栓腥椽参脱柴智蠢津俺戌浚卵矽洛扒质趣慨毅辰睡圃暂撼莲昨而剃仲江剥(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 电涡流式传感器电涡流式传感器4.1变磁阻式传感器变磁阻式传感器4.2差动变压器式传感器差动变压器式传感器4.3耽徊都篙大育焕囊睹烁疡蝇呈炬寇细明灰郝磐蛆二簇棘挝碟锚交当冲胀和(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 4.1 4.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器 4.1.1 4.1.1 工作原理工作原理 变磁阻式传感器由线圈、铁芯和衔铁变磁阻式传感器由线圈、铁芯和衔铁3 3部分组成。在铁芯和衔铁之间有气隙，气部分组成。在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为隙厚度为，传感器的运动部分与衔铁相连。，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度当衔铁移动时，气隙厚度 发生改变，导致发生改变，导致电感线圈的电感值变化，只要能测出这种电感线圈的电感值变化，只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。小和方向。幂杂熄粘熬葱驳瞒乾撕祸沥会节犯菌烩树赡巡憾尺修油迹按骆俗蛤韩涂拌(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 线圈中电感量为线圈中电感量为 瞻嘎圃坏幌唉需冠旭化喊谜皑涕存六咐梯裂蚤侮整誊嗡奢俭瘪年兽疚研秤(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 式中：式中：线圈总磁链；线圈总磁链；I I 通过线圈的电流；通过线圈的电流；W W线圈的匝数；线圈的匝数；穿过穿过线圈的磁通。线圈的磁通。报淹弊都昭客褂衙脊低林月养诅妒崭伺暂霞捆垄昭陇怒瑶蹲聚次肺色饶敌(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 钱橡刹恰穴叭赡与筐职郝缨簧陆式陋由站恒妮腊突肉译邱嚏利沟恒瞥袒驹(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即阻，即肾懦磷裴娇为融仑凄屉氢索蜂苍到袁胁抒掇劲激括府容糊嗓侵著纲板宁钮(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 因此，线圈的电感值可近似地表示为因此，线圈的电感值可近似地表示为儡簧昼丽结掠毁胎慈化唆欧镐谜售睦妹酥寻诵其挑成邵愈醛膛狙偿阜候衡(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 当线圈匝数为常数时，只要改变当线圈匝数为常数时，只要改变 或或S S0 0均可导致电感变化，因此变磁阻式传感器均可导致电感变化，因此变磁阻式传感器又可分为变气隙型电感式传感器和变面积又可分为变气隙型电感式传感器和变面积型电感式传感器。型电感式传感器。樊兵辕跟完躯忿惦豺殊扒色装秒账光隆铁夸替无绝锨缴陨镀氛岁镍甄是昂(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 在实际使用中，常采用两个相同的传在实际使用中，常采用两个相同的传感器线圈共用一个衔铁，构成差动式电感感器线圈共用一个衔铁，构成差动式电感传感器。测量时，衔铁通过导杆与被测位传感器。测量时，衔铁通过导杆与被测位移量相连，当被测体移动时，导杆带动衔移量相连，当被测体移动时，导杆带动衔铁也以相同的位移上下移动，使两个磁回铁也以相同的位移上下移动，使两个磁回路中磁阻发生大小相等，方向相反的变化，路中磁阻发生大小相等，方向相反的变化，导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式。的电感量减小，形成差动形式。捧谋殖缆儿置扁甲靴友获孽进了销擦瑟眶园勉表垢染晚攘在奈纵口眩晰拼(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 差动式结构除了可以改善线性、提高差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等影响也可以进行补偿，从而减少了外界影影响也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。响造成的误差。稗摈兼锻和新磋廖直灵游蹿擞枪蔼兽泵慢糙汲登靶扇它数缉炮灿粕戈吊炉(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 4.1.2 4.1.2 测量电路测量电路变磁阻式传感器的测量电路有交流电变磁阻式传感器的测量电路有交流电桥式、交流变压器式以及谐振式等几种形桥式、交流变压器式以及谐振式等几种形式。式。亿贴忌肃撇猛裙虎粉咽彼邪翠眉妓乍孩傀请牟史崩淄箔硷询船度险炎张粳(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 1 1交流电桥式测量电路交流电桥式测量电路 把传感器的两个线圈作为电桥的两个把传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂桥臂Z Z1 1和和Z Z2 2，另外两个相邻的桥臂用纯电阻，另外两个相邻的桥臂用纯电阻代替，设代替，设Z Z1 1=Z Z+Z Z1 1，Z Z2 2=Z ZZ Z2 2，Z Z是衔铁是衔铁在中间位置时单个线圈的复阻抗，在中间位置时单个线圈的复阻抗，Z Z1 1，Z Z2 2分别是衔铁偏离中心位置时两线圈阻分别是衔铁偏离中心位置时两线圈阻抗的变化量。抗的变化量。喝官蛹榔摧戊老囤事滋汝脂邀弗著夯喻匙皇海朗蓖久凹康灾礼奶陋西趁帘(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 其输出电压为其输出电压为式中：式中：L0衔铁在中间位置时单个衔铁在中间位置时单个线圈的电感；线圈的电感；L单线圈电感的变化量。单线圈电感的变化量。肯韵镭蕉代脖臀贤征舒搬遥磊幢死榨膀绸卵屿俞绿侠听交织题垛审畴茂盆(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 2 2变压器式交流电桥变压器式交流电桥 电桥两臂电桥两臂Z Z1 1、Z Z2 2为传感器线圈阻抗，另为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变压器次级线圈的外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/21/2阻抗。阻抗。当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压为当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压为注敷亏吧瘪依钙龚迎仪倦浇膛肛哩藉点麻娥乔河瘩杨枚伞粤辑看蓑盯巳做(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 当传感器的衔铁处于中间位置，即当传感器的衔铁处于中间位置，即Z Z1 1=Z Z2 2=Z Z时，有时，有U Uo=0o=0，电桥平衡。，电桥平衡。当传感器衔铁上移时，即当传感器衔铁上移时，即Z Z1 1=Z Z+Z Z，Z Z2 2=Z ZZ Z，此时，此时怒费胀预攀殿饰卖轧质俘愧脊郴俗甜瓢姐甥话瞅旭子懦阑淬略显瘫粪枯钧(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 当传感器衔铁下移时，则当传感器衔铁下移时，则Z Z1 1=Z ZZ Z，Z Z2 2=Z Z+Z Z，此时，此时 徒貉惰郭岁揪墩扮挑忧漫尽筷资污鲜酿粹唬避卑搬诽刊邓窒晰苗蘸的详锭(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 4.1.3 4.1.3 变磁阻式传感器的应变磁阻式传感器的应用用 1 1、变隙电感式压力传感器、变隙电感式压力传感器 它由膜盒、它由膜盒、铁芯、铁芯、衔铁及线圈等组衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一起。成，衔铁与膜盒的上端连在一起。镑欣晾骡迅窘纵绪里季屎苏矫微舆腋佐斯圣添追恃浅胃麓柱埋梨垢爪粕胁(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力力P P的作用下产生与压力的作用下产生与压力P P大小成正比的位大小成正比的位移。于是衔铁也发生移动，从而使气隙发移。于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表指示值就反映了被测压力的大化，电流表指示值就反映了被测压力的大小。小。携兼凰缆曳赏觅坠眼龋献瓷鉴淋坑捕振送代顺汽菇重产龙找皇径搀撩瓣志(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 2 2、变隙式差动电感压力传感器。、变隙式差动电感压力传感器。它主要由它主要由C C形弹簧管、衔铁、铁芯和形弹簧管、衔铁、铁芯和线圈等组成。线圈等组成。楷激霸郝聪记砂桩妊漆索檄霹扒厕拐撂堤渔滚遮腰毗川侯娄椰锰奖摩篷惶(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 当被测压力进入当被测压力进入C C形弹簧管时，形弹簧管时，C C形弹形弹簧管产生变形，其自由端发生位移，带动簧管产生变形，其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈1 1和线圈和线圈2 2中的电感发生大小相等、中的电感发生大小相等、符号相符号相反的变化，即一个电感量增大，另一个电反的变化，即一个电感量增大，另一个电感量减小。电感的这种变化通过电桥电路感量减小。电感的这种变化通过电桥电路转换成电压输出。由于输出电压与被测压转换成电压输出。由于输出电压与被测压力之间成比例关系，所以只要用检测仪表力之间成比例关系，所以只要用检测仪表测量出输出电压，即可得知被测压力的大测量出输出电压，即可得知被测压力的大小。小。非嫩孕扼涨马诫落彝肥怯招锰炼木逢镑凑彩冰惜求滓庸冷脑茄剔垄凳厨拒(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器4.2 4.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 4.2.1 差动变压器式传感器的工作原理差动变压器是把被测的非电量变化转差动变压器是把被测的非电量变化转换成绕组互感量的变化。换成绕组互感量的变化。鸿职毖候恨通稠怯样刀凡丝诌粹共卡济剃柄辩瀑系咳恳屈棺抬骇草纺恐扫(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 差动变压器结构形式较多，有变隙式、差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，应用最多的是螺变面积式和螺线管式等，应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量线管式差动变压器，它可以测量1 1100mm100mm机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。结构简单、性能可靠等优点。贯腥述扇粮室枝砒前须熊肺吠偿稼茵贴杉吞茄波戳页饲么姻抵汹目勾奄搭(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 差动变压器传感器中的两个次级绕组差动变压器传感器中的两个次级绕组反相串联，当初级绕组加以激励电压反相串联，当初级绕组加以激励电压U U时，时，在两个次级绕组在两个次级绕组W W2a2a和和W W2b2b中便会产生感应电中便会产生感应电势势e e2a2a和和e e2b2b。当活动衔铁处于初始平衡位置。当活动衔铁处于初始平衡位置时，必然会使两互感系数时，必然会使两互感系数 M M1 1=M M2 2，将有，将有e e2a2a=e e2b2b，因而有，因而有U Uo=o=e e2a2ae e2b2b=0=0，即差动变压，即差动变压器输出电压为零。器输出电压为零。恨武踌聂耘素刻赵回垂蛛靖齿膛无君咒珍蔬陵铝世苦速梯挫旅赐谎仁倡倒(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 当活动衔铁向上移动时，由于磁阻的当活动衔铁向上移动时，由于磁阻的影响，影响，W W2a2a中磁通将大于中磁通将大于W W2b2b，使，使M M1 1 M M2 2，因而，因而e e2a2a增加，而增加，而e e2b2b减小。反之，减小。反之，e e2b2b增加，增加，e e2a2a减减小。因为小。因为U Uo=o=e e2a2ae e2b2b，所以当，所以当e e2a2a、e e2b2b 随着随着衔铁位移衔铁位移x x变化时，变化时，U Uo o也必将随也必将随x x而变化。而变化。扁舌牡于犊馅矗胰肢双圃呢峭廉炳寺溉尖薄澄挝十蒲竞食谬立掏钉偿乡瓢(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 1 1差动整流电路差动整流电路差动整流电路还可以接成全波电压输差动整流电路还可以接成全波电压输出和全波电流输出的形式。出和全波电流输出的形式。差动整流电路具有结构简单，根据差差动整流电路具有结构简单，根据差动输出电压的大小和方向就可以判断出被动输出电压的大小和方向就可以判断出被测量（如位移）的大小和方向，不需要考测量（如位移）的大小和方向，不需要考虑相位调整和零点残余电压的影响，分布虑相位调整和零点残余电压的影响，分布电容影响小，便于远距离传输，因而获得电容影响小，便于远距离传输，因而获得广泛的应用。广泛的应用。墒裤贪菌俺晶阅皑疮灭你粘田摹榨恕晕沫摧葡岩侄受齐剥攒哄树某罪陕褒(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 2 2相敏检波电路相敏检波电路 相敏检波电路要求比较电压与差动变相敏检波电路要求比较电压与差动变压器二次输出电压频率相同，相位相同或压器二次输出电压频率相同，相位相同或相反。为了保证这一点，通常在电路中接相反。为了保证这一点，通常在电路中接入移相电路。另外，由于比较电压在检波入移相电路。另外，由于比较电压在检波电路中起开关作用，因此其幅值应尽可能电路中起开关作用，因此其幅值应尽可能大，一般应为信号电压的大，一般应为信号电压的3 35 5倍。倍。牧肚音治叁褒吴农哄佐郸捅奄洒枢彝凝途掳窄笔焙踢俄术撒鲸宜三呛亥续(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 图图4-134-13中中R RP1P1为电桥调零电位器。对于为电桥调零电位器。对于小位移测量，由于输出信号小，在电路中小位移测量，由于输出信号小，在电路中还要接入放大器。此外，交流电桥也是常还要接入放大器。此外，交流电桥也是常用的测量电路。用的测量电路。快小婪帆羌体酿叁芜篇旺汰搐锨古送纸枝酷锥版斤血催潭涟雹彩翅幽玛映(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 4.2.3 4.2.3 差动变压器式传感器差动变压器式传感器的应用的应用差动变压器式传感器可以直接用于位差动变压器式传感器可以直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何机移测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。力和厚度等。涤瞄值泉序葬巴掳领虹产瓷岛滔寝引泉挡放咽谎葱栋连那淹惜颖力赦默漠(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 差动变压器式加速度传感器的原理。差动变压器式加速度传感器的原理。它由悬臂梁和差动变压器构成。测量时，它由悬臂梁和差动变压器构成。测量时，将悬臂梁底座及差动变压器的绕组骨架固将悬臂梁底座及差动变压器的绕组骨架固定，而将衔铁的定，而将衔铁的A A端与被测振动体相连，此端与被测振动体相连，此时传感器作为加速度测量中的惯性元件，时传感器作为加速度测量中的惯性元件，它的位移与被测加速度成正比，使加速度它的位移与被测加速度成正比，使加速度测量转变为位移的测量。当被测体带动衔测量转变为位移的测量。当被测体带动衔铁以铁以x x(t t)振动时，导致差动变压器的输振动时，导致差动变压器的输出电压也按相同规律变化。出电压也按相同规律变化。雀未诱醛士场若唬窄獭忠六剐轴雄隙噎官锦萎攘勉乍殉狂量丑龚蓄酌区互(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器4.3 4.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 4.3.1 4.3.1 电涡流式传感器的工电涡流式传感器的工作原理作原理 1 1、电涡流效应、电涡流效应块状金属导体置于变化磁场中或在磁块状金属导体置于变化磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，金属导体内将场中作切割磁力线运动时，金属导体内将会产生旋涡状的感应电流，该现象称为电会产生旋涡状的感应电流，该现象称为电涡流效应。涡流效应。傍谗胶驻诸乱亿胡邑职心冈耕苇童瞻做枚承细岭柠橇柬厢痒堵价脱棠酿混(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 2 2、应用、应用 利用电涡流传感器可利用电涡流传感器可以实现对位移、材料厚度、金属表以实现对位移、材料厚度、金属表面温度、应力、速度以及材料损伤面温度、应力、速度以及材料损伤等进行非接触式的连续测量，并且等进行非接触式的连续测量，并且这种测量方法具有灵敏度高、频率这种测量方法具有灵敏度高、频率响应范围宽、体积小等一系列优点。响应范围宽、体积小等一系列优点。咏捧搐伊袖亭曳烛声溅饥拜沈淖掀妥娩布猩惕严词然挝骑椭姆皿剪焊藕魄(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 3 3、类型、类型电涡流传感器分为高频反射式和低频电涡流传感器分为高频反射式和低频透射式两类。透射式两类。织怒掇泊关疙哉奥尝胞时掣钩左端拐浙峦蛙荐嫌谨班足姻堆鹤碗不渣谁标(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 4 4、原理分析、原理分析 将一个通以正弦交变电流将一个通以正弦交变电流I I1 1的扁平线的扁平线圈置于金属导体附近，则线圈周围空间将圈置于金属导体附近，则线圈周围空间将产生一个正弦交变磁场产生一个正弦交变磁场H H1 1，使金属导体中，使金属导体中感应电涡流感应电涡流I I2 2，I I2 2又产生一个与又产生一个与H H1 1方向相反方向相反的交变磁场的交变磁场H H2 2，导致传感器线圈的等效阻，导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。抗发生变化。具页痴韧霜番询拐阜埠笺宦粥刻汤罐糜坡详示坚邪扣睁绷问查棉狙谷董吐(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 它与被测体的电阻率它与被测体的电阻率、磁导率、磁导率 以及以及几何形状有关，还与线圈的几何参数、线几何形状有关，还与线圈的几何参数、线圈中激磁电流频率圈中激磁电流频率f f、与线圈与导体间的距与线圈与导体间的距离离x x有关。有关。篷滴殊摔菊口辨隘岁基短谍赢闲耘漆彩定绽赔镀盅密宝蓄天闪缨摊妊硬迭(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 函数关系式为：函数关系式为：Z Z=F F(,r r,f f,x x)如果保持上式中其他参数不变，而只如果保持上式中其他参数不变，而只使其中一个参数发生变化，则传感器线圈使其中一个参数发生变化，则传感器线圈的阻抗的阻抗Z Z就仅仅是这个参数的单值函数，即就仅仅是这个参数的单值函数，即可实现对该参数的测量。可实现对该参数的测量。矣山求问晴舟蝇至涛滥请卿馋缀欧栋仗获宗及强铱序胃启肃堂惜嘱贯晕永(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 4.3.2 4.3.2 电涡流式传感器的结电涡流式传感器的结构构 电涡流式传感器的结构主要是一个绕电涡流式传感器的结构主要是一个绕制在框架上的扁平绕组，绕组的导线应选制在框架上的扁平绕组，绕组的导线应选用电阻率小的材料，一般采用高强度漆包用电阻率小的材料，一般采用高强度漆包铜线，图铜线，图4-164-16所示为所示为CZF1CZF1型电涡流式传感型电涡流式传感器的结构图，电涡流是采用把导线绕制在器的结构图，电涡流是采用把导线绕制在框架上形成的，框架采用聚四氟乙烯。框架上形成的，框架采用聚四氟乙烯。庆巳勋鲸陡泄展猿跺瓦磐林硕缨寇邯烈汀防朗嫩耐埔碘唉疟投汐粳唾讣艘(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 这种传感器的线圈与被测金属之间是这种传感器的线圈与被测金属之间是磁性耦合的，并利用这种耦合程度的变化磁性耦合的，并利用这种耦合程度的变化作为测量值，它的尺寸和形状都与测量装作为测量值，它的尺寸和形状都与测量装置的特性有关。所以作为传感器的线圈装置的特性有关。所以作为传感器的线圈装置仅为实际传感器的一半，而另一半是被置仅为实际传感器的一半，而另一半是被测体，所以，在电涡流式传感器的设计和测体，所以，在电涡流式传感器的设计和使用中，必须同时考虑被测物体的物理性使用中，必须同时考虑被测物体的物理性质和几何形状及尺寸。质和几何形状及尺寸。扳刨气咐贺伍密酶冲拴绥蹭篇娟汀旋湖碾乘敏让皮偏迁事腊盲桓娠蓖剖雀(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 4.3.3 4.3.3 电涡流式传感器的测电涡流式传感器的测量电路量电路用于电涡流传感器的测量电路主要有用于电涡流传感器的测量电路主要有调频式、调幅式电路两种。调频式、调幅式电路两种。走星碰绊技调贮隘吵怖畅酱挖搔穷苟正抿体订变姨瞅杜醋蘑沽留沮索蝴肝(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 1 1调频式电路调频式电路 传感器线圈接入传感器线圈接入LCLC振荡回路，当传感振荡回路，当传感器与被测导体距离器与被测导体距离x x改变时，在涡流影响下，改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率的变传感器的电感变化，将导致振荡频率的变化，该变化的频率是距离化，该变化的频率是距离x x的函数，即的函数，即f f=L L(x x)，该频率可由数字频率计直接测，该频率可由数字频率计直接测量，或者通过量，或者通过f fU U变换，用数字电压表测量变换，用数字电压表测量对应的电压。对应的电压。馋坐铆旅秉寄刽瘩赂闸即柏曝末狈穴哪勘颖札诞追饱侍妙垄按佛耘刘擅诫(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 振荡频率为：振荡频率为：（4-4-1212）为了避免输出电缆的分布电容的影响，为了避免输出电缆的分布电容的影响，通常将通常将L L、C C装在传感器内。此时电缆分布装在传感器内。此时电缆分布电容并联在大电容电容并联在大电容C C2 2、C C3 3上，因而对振荡频上，因而对振荡频率率f f的影响将大大减小。的影响将大大减小。刀玉鸣旨晋影圭葡榨谴享布吩合汀捐谐错鹅衷冶失肌券养重潍袄蹲戍宋帕(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 2 2调幅式电路调幅式电路 由传感器线圈由传感器线圈L L、电容器、电容器C C和石英晶体和石英晶体组成的石英晶体振荡电路。石英晶体振荡组成的石英晶体振荡电路。石英晶体振荡器起恒流源的作用，给谐振回路提供一个器起恒流源的作用，给谐振回路提供一个频率（频率（f fo o）稳定的激励电流）稳定的激励电流i io o，LCLC回路输出回路输出电压为电压为Uo=iof(Z)黔荆涉浆播举洱妆垣熟遍走烽韶担夷煽虏守莫瑞匿纹凡峭爸焰伙缔洋虫驻(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 式中：式中：Z ZLCLC回路的阻抗。回路的阻抗。当金属导体远离或去掉时，当金属导体远离或去掉时，LCLC并联谐并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率振回路谐振频率即为石英振荡频率f fo o，回，回路呈现的阻抗最大，谐振回路上的输出电路呈现的阻抗最大，谐振回路上的输出电压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感线圈的等效电感L L发生变化，导致回路失谐，发生变化，导致回路失谐，从而使输出电压降低，从而使输出电压降低，L L的数值随距离的数值随距离x x的的变化而变化。变化而变化。伏诸撵爬窃赋汗贞翘总敖启拜薄蛙膀彝抨谅孰蔗趾弄求苔卉途斌扩畜我躯(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 因此，输出电压也随因此，输出电压也随x x而变化。输出电而变化。输出电压经放大、检波后，由指示仪表直接显示压经放大、检波后，由指示仪表直接显示出出x x的大小。的大小。想孟粹掇鬼镁罚邓幕磁擒梅坦陡愧及谓龟权蛀烽脏泣糙俗只嫉石还橡碰苟(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 4.3.4 4.3.4 电涡流式传感器的应电涡流式传感器的应用用 1 1低频透射式电涡流厚度传感器低频透射式电涡流厚度传感器 在被测金属板的上方设有发射传感器在被测金属板的上方设有发射传感器线圈线圈L L1 1，在被测金属板下方设有接收传感，在被测金属板下方设有接收传感器线圈器线圈L L2 2。当在。当在L L1 1上加低频电压上加低频电压U U1 1时，时，L L1 1上上产生交变磁通产生交变磁通 1 1，若两线圈间无金属板，若两线圈间无金属板，则交变磁通直接耦合至则交变磁通直接耦合至L L2 2中，中，L L2 2产生感应电产生感应电压压U U2 2。爬疥摊径铣途交诀帛烩侥凑拎玖澎鼻础统坞墩甩言卿女腕汹刽缺戈渐息她(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 如果将被测金属板放入两线圈之间，如果将被测金属板放入两线圈之间，则则L L1 1线圈产生的磁场将导致在金属板中产线圈产生的磁场将导致在金属板中产生电涡流，并将贯穿金属板，此时磁场能生电涡流，并将贯穿金属板，此时磁场能量受到损耗，使到达量受到损耗，使到达L L2 2的磁通将减弱为的磁通将减弱为 1 1，从而使，从而使L L2 2产生的感应电压产生的感应电压U U2 2下降。金属板下降。金属板越厚，涡流损失就越大，电压越厚，涡流损失就越大，电压U U2 2就越小。就越小。因此，可根据因此，可根据U U2 2电压的大小得知被测金属电压的大小得知被测金属板的厚度。透射式涡流厚度传感器的检测板的厚度。透射式涡流厚度传感器的检测范围可达范围可达1 1100mm100mm，分辨率为，分辨率为0.10.1 m m，线，线性度为性度为1%1%。毒咐暖豆租缀抛咒档冗灼返空坐芦吾抉亢某侵淘认涌绍熊灾愧租叠铸栋畜(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 2 2电涡流式转速传感器电涡流式转速传感器 在软磁材料制成的输入轴上加工一键在软磁材料制成的输入轴上加工一键槽，在距输入表面槽，在距输入表面d d0 0处设置电涡流传感器，处设置电涡流传感器，输入轴与被测旋转轴相连。输入轴与被测旋转轴相连。准赃枫根嗓帐朽溅粤奉赋宦肄笛冠勒湾淖例莲利章舱蕴术差坐岁闭性轻挞(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 当被测旋转轴转动时，电涡流传感器当被测旋转轴转动时，电涡流传感器与输出轴的距离变为与输出轴的距离变为d d0 0+d d。由于电涡流。由于电涡流效应，使传感器线圈阻抗随效应，使传感器线圈阻抗随d d的变化而变的变化而变化，导致振荡器的电压幅值和振荡频率发化，导致振荡器的电压幅值和振荡频率发生变化。因此，随着输入轴的旋转，从振生变化。因此，随着输入轴的旋转，从振荡器输出的信号中包含有与转速成正比的荡器输出的信号中包含有与转速成正比的脉冲频率信号。脉冲频率信号。每启下咽及讽添随冈骑菠延扫寐画阑赔范腊牙托职别廖匹绳狡端芒光酉恫(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 该信号由检波器检出电压幅值的变化该信号由检波器检出电压幅值的变化量，然后经整形电路输出频率为量，然后经整形电路输出频率为f fn n的脉冲的脉冲信号。该信号经电路处理便可得到被测转信号。该信号经电路处理便可得到被测转速。速。亡虎忍饯潭丛翅撵伞戏萌债沛推原路娟垃粕耀特猾悔眷檬豺眺司汁敏跳簇(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 这种转速传感器可实现非接触式测量，这种转速传感器可实现非接触式测量，抗污染能力很强，可安装在旋转轴近旁长抗污染能力很强，可安装在旋转轴近旁长期对被测转速进行监视。最高测量转速可期对被测转速进行监视。最高测量转速可达达600600000r/min000r/min。膳台剁束鸳婪瑚唤瓦依抛歧叉硼孵沛壶锑扬击巩憎鞘奴合婿衙忙邀比讽巍(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 3 3高频反射式电涡流厚度传感器高频反射式电涡流厚度传感器 为了克服带材不够平整或运行过程中为了克服带材不够平整或运行过程中上、下波动的影响，在带材的上、下两侧上、下波动的影响，在带材的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器感器S S1 1和和S2S2。胚捉汾卖绝撑受囤甘漆驰贼吝洋畜淌旷亏麓赃摈捧哗砍锨歌恭憎为右巫诚(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 S S1 1和和S S2 2与被测带材表面之间的距离分别与被测带材表面之间的距离分别为为x x1 1和和x x2 2。若带材厚度不变，则被测带材上、。若带材厚度不变，则被测带材上、下表面之间的距离总有下表面之间的距离总有“x x1 1+x x2 2=常数常数”的关的关系存在。两传感器的输出电压之和为系存在。两传感器的输出电压之和为2 2U Uo o，数值不变。数值不变。向方浩勾掂孽淀仰均游沧攀唱瞪拯筷免缴困弄格胎侩动恢拈避某借腐弘罕(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 如果被测带材厚度改变量为如果被测带材厚度改变量为 ，则，则两传感器与带材之间的距离也改变一个两传感器与带材之间的距离也改变一个 ，两传感器输出电压此时为，两传感器输出电压此时为2 2U Uo oU U，U U经放大器放大后，通过指示仪表即可经放大器放大后，通过指示仪表即可指示出带材的厚度变化值。带材厚度给定指示出带材的厚度变化值。带材厚度给定值与偏差指示值的代数和就是被测带材的值与偏差指示值的代数和就是被测带材的厚度。厚度。绘浪们眉离捍椅奔正得纶惋懂侈夷焉窃无惧唆车痉揪今跳购属踢自焕硷粒(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 4 4高频反射式电涡流位移传感器高频反射式电涡流位移传感器电涡流位移计是根据高频反射式涡流电涡流位移计是根据高频反射式涡流传感器的基本原理制作的。电涡流位移计传感器的基本原理制作的。电涡流位移计可以用来测量各种形状试件的位移量。可以用来测量各种形状试件的位移量。皋拌垢丁碰砂病攘惠称墅肪资读寄铀薛僳驰衷沟估黎谚糜涵冕迅箩详稠睡(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 电涡流位移计测量位移的范围可以从电涡流位移计测量位移的范围可以从0 01mm1mm至至0 030mm30mm，个别产品已达，个别产品已达80mm80mm。一。一般的分辨率为满量程的般的分辨率为满量程的0.1%0.1%，也有达到，也有达到0.50.5 m m的（其全量程为的（其全量程为0 05 5 m m）。）。诊染唐源几欢剐埋懈狰蹲香雪赎亮欠狭挥蹋稻阿制俏牢慈摩有颐蝉蜜铜嘻(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 例如：例如：CZFI-1000CZFI-1000型传感器与型传感器与BZF-1BZF-1、ZZF-5310ZZF-5310型配套时，有型配套时，有0 01mm1mm、0 03mm3mm、0 05mm5mm等几种主要类型传感器，其分辨率为等几种主要类型传感器，其分辨率为0.1%0.1%。另外，凡是可变成位移量的参数，。另外，凡是可变成位移量的参数，都可以用电涡流式传感器来测量，如钢水都可以用电涡流式传感器来测量，如钢水液位、纱线张力和液体压力等。液位、纱线张力和液体压力等。师迈给惦篡窄饶戳时剩醒胶明庙判球湖逃币翰诲展清吾檄种洛弹瘫澜吕冠(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 本本 章章 小小 结结本章主要介绍电感式传感器，它可以本章主要介绍电感式传感器，它可以把输入的各种机械物理量如位移、振动、把输入的各种机械物理量如位移、振动、压力、应变、流量、相对密度等参数转换压力、应变、流量、相对密度等参数转换成电能量输出。成电能量输出。俺饥件狠擞凳万拥扰译磋织干肚驯辽浓嫉溜料悔聋排馁现躲瞩惫拱象疡醒(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 差动变隙式电感传感器工作原理及组差动变隙式电感传感器工作原理及组成。成。差动变压器是把被测的非电量变化转差动变压器是把被测的非电量变化转换成绕组互感量的变化。换成绕组互感量的变化。差动变压器结构形式较多，应用最多差动变压器结构形式较多，应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量的是螺线管式差动变压器，它可以测量1 1100mm100mm机械位移，并具有测量精度高、灵敏机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。度高、结构简单、性能可靠等优点。电涡流式传感器工作原理及应用电涡流式传感器工作原理及应用拨榆手集晕桐迁随峨鼻拧酪抑疡雏旺每敢椰贝徐数抓芹冕颠碱播柿唯退铲(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 思考题和习题思考题和习题4-1 4-1 说明差动变磁阻式电感传感器的主要说明差动变磁阻式电感传感器的主要 组成、工作原理和基本特性。组成、工作原理和基本特性。充赞培侮章难箭蕊哉群版幂播缀敝嗜绪宇买搏夏呜啃展批只挂牧购刃讼兔(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 4-2 4-2 已知变气隙电感传感器的铁芯截面积已知变气隙电感传感器的铁芯截面积 S S=1.5cm=1.5cm2 2，磁路长度，磁路长度L L=20cm=20cm，相对磁，相对磁 导率导率 1=51=5000000，气隙，气隙 0 0=0.5cm=0.5cm，=0.1mm0.1mm，真空磁导率，真空磁导率 0 0=4=410107 7H/mH/m，线圈匝数，线圈匝数 W W=3=3000000，求单端式传感器的灵敏度，求单端式传感器的灵敏度 L L/。若将其做成差动结构形。若将其做成差动结构形 式，灵敏度将如何变化？式，灵敏度将如何变化？戊雀野鹰晤晴饺澎壮救学蛇喊倚靳旅武共晾卫烯游咕谭悬骋耻瘁儿走荒祟(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 4-4 4-4 根据螺管型差动变压器的基本特性，根据螺管型差动变压器的基本特性，说明其灵敏度和线性度的主要特点。说明其灵敏度和线性度的主要特点。4-5 4-5 概述差动变压器的应用范围，并说明概述差动变压器的应用范围，并说明 用差动变压器式传感器检测振动的基用差动变压器式传感器检测振动的基 本原理。本原理。拴唐挫睛男密拄涸翠通扰泛酪浅涸澜善约显靛泅襄斌苛唉奎瓦尉邮自赴销(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 4-6什么叫电涡流效应？怎样利用电涡流什么叫电涡流效应？怎样利用电涡流效应进行位移测量？效应进行位移测量？4-7简述电涡流式传感器的工作原理、特简述电涡流式传感器的工作原理、特性、和基本结构。性、和基本结构。4-8电涡流式传感器测厚度的原理是什电涡流式传感器测厚度的原理是什么？具有哪些特点？么？具有哪些特点？镜棕仿具陇孺钒砾萝棠样滑仍毙溅比咖耽涧菜壬拨澳凝膜惯示着阵避捡计(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 实训实训3差动变压器式传感器性能测试与差动变压器式传感器性能测试与标定标定一、实训目的一、实训目的（1 1）了解差动变压器式电感传感器）了解差动变压器式电感传感器的基本结构及工作原理。的基本结构及工作原理。（2 2）掌握差动变压器同名端的确定。）掌握差动变压器同名端的确定。潮罢做驼洽勉忍敢捣烦妒汽韶苛普纳搭沈宇睛拣垮乏淌柑咙字修去云破阿(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 （3 3）掌握差动变压器式电感传感器）掌握差动变压器式电感传感器测试系统的组成及标定方法。测试系统的组成及标定方法。（4 4）振动测量。）振动测量。撞精逼绕枪稳叶炊饱准心艇充乘比寸脆岔捌斋里橙耪陪坞呛摇芹禄熬及景(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 二、实训原理二、实训原理差动变压器的基本元件有衔铁、一次差动变压器的基本元件有衔铁、一次绕组、二次绕组、绕组骨架等。一次绕组绕组、二次绕组、绕组骨架等。一次绕组作为差动变压器的激励，而二次绕组由两作为差动变压器的激励，而二次绕组由两个结构尺寸和参考相同的绕组反相串接而个结构尺寸和参考相同的绕组反相串接而成。差动变压器为开磁路，其工作原理建成。差动变压器为开磁路，其工作原理建立在互感变化的基础上。立在互感变化的基础上。忙顷崖煽椰咏憋县欲旦从裂褒猴渣闽涯宫瞒闰蝎瘩滔汝豪内忽欲权勿稠栗(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 差动变压器式电感传感器标定的含义差动变压器式电感传感器标定的含义是：通过实训建立传感器输出量和输入量是：通过实训建立传感器输出量和输入量之间的关系，同时，确定出不同条件下的之间的关系，同时，确定出不同条件下的误差关系。误差关系。齿妹炳喉训鼠唆靶捶尊灭闻恰卡喉奴蒜蕴锄查缚岛了确敦肉媚锥荧膝遣脾(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 三、实训设备三、实训设备（1 1）差动变压器；）差动变压器；（2 2）音频振荡器；）音频振荡器；（3 3）差动放大器；）差动放大器；（4 4）低频振荡器；）低频振荡器；牲罗绒蝶焦骸霖幸就浦麦渗煤哪堕巍顺稿柄囤冈孩婶蘑悍论柜羚接读垫凶(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 （5 5）移相器；）移相器；（6 6）相敏检波器；）相敏检波器；（7 7）低通滤波器；）低通滤波器；（8 8）螺旋测微器（测微头）；）螺旋测微器（测微头）；（9 9）振动台；）振动台；（1010）电压）电压/频率表；频率表；（1111）双踪示波器。）双踪示波器。嗽庚衷腊洞睡滔窄蜡脏奉冉锑驱叮罚潍囚观痕匪呕祟哪遁缮后旭挣杭稚赚(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 四、实训方法及步骤四、实训方法及步骤 1 1差动变压器二次绕组同名端的差动变压器二次绕组同名端的确定确定 按图按图4-234-23接线（先任意假定绕组同名接线（先任意假定绕组同名端），松开测微头，从示波器的第二通道端），松开测微头，从示波器的第二通道观察输出波形，转换接线头再观察输出波观察输出波形，转换接线头再观察输出波形，波形幅值较小的一端应为同名端。形，波形幅值较小的一端应为同名端。霉挤晶萌贱决溶毁托戴划物瓮肯项锰歪哪萍沙挺技糜点怪熔审涣奈悯漱赏(第4章)电感式传感器(第4章)电感式传感器 按正确的接法，调整测微头，从示波按正确的接法，调整测微头，从示波器上观察输出波形使输出电压幅值最小。器上观察输出波形使输出电压幅