第六章电感式传感器课件

绪论绪论6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器 6.2 差动变压器差动变压器式式传感器传感器6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器绪论绪论电感式传感器是建立在电磁感应基础上，利用线圈自感或互感的变化实现测量的一种装置，所以电感式传感器的核心是一个可变自感或可变互感，在测量这些变化时，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象，这类传感器主要特征是具有线圈绕组。根据工作原理的不同，电感式传感器可分为3类 变磁阻式电感传感器变磁阻式电感传感器 变压器式电感传感器变压器式电感传感器 电涡流式电感传感器电涡流式电感传感器 绪绪 论论自感自感 通电线圈自身电流发生变化时，线圈通电线圈自身电流发生变化时，线圈里的磁通量也随着变化，从而在该线因的自身里的磁通量也随着变化，从而在该线因的自身中产生盛生电动势，这就是自感应现象。中产生盛生电动势，这就是自感应现象。互感互感 当一线圈中的电流发生变化时，将使当一线圈中的电流发生变化时，将使位于它所产生的变化磁场里的另一线圈中产生位于它所产生的变化磁场里的另一线圈中产生感生电动势，这种电磁感应现象叫做互感应现感生电动势，这种电磁感应现象叫做互感应现象象.绪绪 论论LM优点：优点：1.1.工作可靠，寿命长工作可靠，寿命长 2.2.灵敏度高，抗干扰能力强灵敏度高，抗干扰能力强 3.3.对工作环境要求不高，性能稳定对工作环境要求不高，性能稳定缺点缺点：1.1.频率响应低，不适于高频动态信号测量频率响应低，不适于高频动态信号测量 2.2.存在交流零信号存在交流零信号 应用应用：流量、振动、位移、比重等一般可将被测量转换成位移流量、振动、位移、比重等一般可将被测量转换成位移 的量均可测的量均可测 电感传感器电感传感器 转换电路转换电路 被被 测测 量量 电感变化电感变化 电电 信信 号号 非电量非电量 电量电量基本原理基本原理6.1 6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器（自感式传感器）（自感式传感器）6.1.1结构及工作原理结构及工作原理6.1.2 等效电路等效电路6.1.3 输出特性分析输出特性分析6.1.4 信号调节电路信号调节电路6.1.5 影响传感器精度的因素分析影响传感器精度的因素分析6.1.6 应用应用6.1 6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器1 1 6.1.16.1.1结构及工作原理结构及工作原理u 结构结构-线圈、铁芯和衔铁三部分组成,其电感量其电感量 L L:铁芯铁芯线圈线圈衔铁衔铁d 1:铁芯中的磁路长度铁芯中的磁路长度d 2:衔铁中的磁路长度衔铁中的磁路长度1:铁芯的磁导率铁芯的磁导率2:衔铁的磁导率衔铁的磁导率A 1:铁芯的截面积铁芯的截面积A 2:衔铁的截面积衔铁的截面积u原理：当外力引起衔铁位移时，原理：当外力引起衔铁位移时，XL由由6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器2 2L与、A、o参数有关，与电容式传感器一样，可固定二者，改变一个就可制成一种传感器，所以变磁阻式传感器变磁阻式传感器也可分为:1.1.变气隙厚度变气隙厚度的电感式传感器的电感式传感器（A与常数）2.2.变气隙面积变气隙面积A A的电感式传感器的电感式传感器（与常数）3.3.变铁芯磁导率变铁芯磁导率的电感式传感器的电感式传感器（压磁式传感器，与A常数，有硅钢片等）u分类分类：变磁阻式传感器举例变磁阻式传感器举例变气隙厚度变气隙厚度变气隙面积变气隙面积6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器3 36.1.2 等效电路等效电路 自感线圈并不是一个纯电感，因通常采用铁磁体作自感线圈并不是一个纯电感，因通常采用铁磁体作为磁芯，所以有一些其它参量存在，可以等效为为磁芯，所以有一些其它参量存在，可以等效为L 线圈电感线圈电感Re铁芯的涡流损耗电阻铁芯的涡流损耗电阻由频率为的交变电流激励产生的交变磁场，会在线圈铁心中造由频率为的交变电流激励产生的交变磁场，会在线圈铁心中造成涡流及磁滞损耗。成涡流及磁滞损耗。Rc线圈的损耗电阻线圈的损耗电阻取决于导线材料及线圈的几何尺寸取决于导线材料及线圈的几何尺寸 C线圈的固有电容线圈的固有电容主要由线圈绕组的固有电容与电缆分布电容所构成。主要由线圈绕组的固有电容与电缆分布电容所构成。CLRcRe因此，自感传感器的等效电路如图因此，自感传感器的等效电路如图6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器4 46.1.3 6.1.3 输出特性分析输出特性分析1 1(变气隙式变气隙式)1.1.具有铁芯及小气隙的电感式传感器具有铁芯及小气隙的电感式传感器 (单线圈单线圈)(差动式差动式)6.1.3 6.1.3 输出特性分析输出特性分析2 21.1.具有铁芯及小气隙的电感式传感器具有铁芯及小气隙的电感式传感器(单线圈单线圈)当铁芯和衔铁采用同一种导磁材料，且截面相同时，因为气隙l一般较小，故可认为气隙磁通截面与铁芯截面相等，设磁路总长为l，则 K=0W 2S一般r1，所以u当气隙当气隙减少减少时时自感增加为自感增加为L6.1.3 6.1.3 输出特性分析输出特性分析3 31.1.具有铁芯及小气隙的电感式传感器具有铁芯及小气隙的电感式传感器 (单线圈单线圈)自感的相对变化u同理，当总气隙长度同理，当总气隙长度增加增加时时，自感减小为，自感减小为L2，即，即6.1.3 6.1.3 输出特性分析输出特性分析4 41.1.具有铁芯及小气隙的电感式传感器具有铁芯及小气隙的电感式传感器(单线圈单线圈)若忽略高次项，则自感变化灵敏度为 线性度线性度LL1L2 L0 0当当气气隙隙发发生生变变化化时时，自自感感的的变变化化与与气气隙隙变变化化均均呈呈非非线线性性关关系，其非线性程度随气隙相对变化系，其非线性程度随气隙相对变化/的增大而增加；的增大而增加；气隙减少气隙减少所引起的自感变化所引起的自感变化L1与气隙增加同样与气隙增加同样所引起所引起的自感变化的自感变化L2并不相等，即并不相等，即L1L2，其差值随，其差值随/的增加的增加而增大。而增大。注注:当当气气隙隙发发生生变变化化时时，自自感感的的变变化化与与气气隙隙变变化化均均呈呈非非线线性性关系，其非线性程度随气隙相对变化关系，其非线性程度随气隙相对变化/的增大而增加的增大而增加.气隙减少气隙减少所引起的自感变化所引起的自感变化L1与气隙增加同样与气隙增加同样所所引起的自感变化引起的自感变化L2并不相等，即并不相等，即L1L2，其差值随，其差值随/的增加而增大。的增加而增大。1.1.具有铁芯及小气隙的电感式传感器具有铁芯及小气隙的电感式传感器(差动式差动式)差差动动变变气气隙隙式式自自感感传传感感器器结结构构由由两两个个电电气气参参数数和和磁磁路路完完全全相相同同的的线线圈圈组组成成。当当衔衔铁铁3移移动动时时，一一个个线线圈圈的的自自感感增增加加，另另一一个个线线圈圈的的自自感感减减少少，形形成成差差动动形形式。如将这两个差动线圈式。如将这两个差动线圈EUSC1342RR(l-)/2(l-)/2分别接入测量电桥邻臂，则当磁路总气隙改变分别接入测量电桥邻臂，则当磁路总气隙改变时，自感相对变时，自感相对变化为化为线性度线性度灵敏度灵敏度1.1.具有铁芯及小气隙的电感式传感器具有铁芯及小气隙的电感式传感器(差动式差动式)差动式自感传感器的灵敏度比单线圈传感器提高一倍差动式自感传感器的灵敏度比单线圈传感器提高一倍差动式自感传感器非线性失真小差动式自感传感器非线性失真小,如当如当/=10时时(略去略去l r),单线圈单线圈L10；而差动式的而差动式的L L 1。75502505075100/mm10025LD3211234对对差差动动气气隙隙式式传传感感器器其其 /与与l/(r)的的变变化化受受到到灵灵敏敏度度和和非非线线性性失失真真相相互互矛矛盾盾的的制制约约,因因此此只只能能适适当当选选取取。一一般般差差动动变变隙隙式式自自感感传传感感器器/0.10.2时时，可可使使传传感感器器非非线线性性误误差差在在3左左右右。其其工工作作行行程程很很小小,若若取取 2mm,则则行行程程为为(0.20.5)mm；较较大大行行程程的的位位移移测测量量,常利用螺管式自感传感器常利用螺管式自感传感器1线圈线圈自感特性；自感特性；2线圈线圈自感特性；自感特性；3特性曲线特性曲线差动式自感传感器的输出特性差动式自感传感器的输出特性6.1.3 6.1.3 输出特性分析输出特性分析5 5 2.螺管型自感传感器螺管型自感传感器rx螺旋管螺旋管铁心铁心单线圈螺管型传感器结构图单线圈螺管型传感器结构图l有单线圈和差动式两种结构形式。有单线圈和差动式两种结构形式。单单线线圈圈螺螺管管型型传传感感器器的的主主要要元元件件为为一一只只螺螺管管线线圈圈和和一一根根圆圆柱柱形形铁铁芯芯。传传感感器器工工作作时时，因因铁铁芯芯在在线线圈圈中中伸伸入入长长度度的的变变化化，引引起起螺螺管管线线圈圈自自感感值值的的变变化化。当当用用恒恒流流源源激激励励时时，则则线线圈圈的的输输出出电电压压与与铁铁芯的位移量有关。芯的位移量有关。6.1.3 6.1.3 输出特性分析输出特性分析6 6 2.螺管型自感传感器螺管型自感传感器(单线圈单线圈)螺管线圈内磁场分布曲线螺管线圈内磁场分布曲线铁芯在开始插入（铁芯在开始插入（x x=0=0）或几乎离开线圈时的灵敏度，比铁芯插）或几乎离开线圈时的灵敏度，比铁芯插入线圈的入线圈的1/21/2长度时的灵敏度小得多。这说明只有在线圈中段才长度时的灵敏度小得多。这说明只有在线圈中段才有可能获得较高的灵敏度，并且有较好的线性特性。有可能获得较高的灵敏度，并且有较好的线性特性。6.1.3 6.1.3 输出特性分析输出特性分析7 7 2.螺管型自感传感器螺管型自感传感器(差动式差动式)为了提高灵敏度与线性度,绝绝大多数自感式传感器都运用大多数自感式传感器都运用与电阻差动式类似的技术来与电阻差动式类似的技术来改善性能：由两单一式结构改善性能：由两单一式结构对称组合，构成对称组合，构成差动螺管式差动螺管式自感传感器自感传感器。图图(b)(b)中中H=f(x)H=f(x)曲线表明：为曲线表明：为了得到较好的线性了得到较好的线性,铁芯长度铁芯长度取取0.60.6l l时时,则铁芯工作在则铁芯工作在H H曲曲线的拐弯处线的拐弯处,此时此时H H变化小。变化小。这种差动螺管式自感传感器这种差动螺管式自感传感器的测量范围为的测量范围为(5(550)mm,50)mm,非非线性误差在线性误差在0.50.5左右。左右。差动螺旋管式自感传感器差动螺旋管式自感传感器结构示意图和磁场分布曲线结构示意图和磁场分布曲线6.1.3 6.1.3 输出特性分析输出特性分析8 8 2.螺管型自感传感器螺管型自感传感器螺管式自感传感器的特点螺管式自感传感器的特点：结构简单，制造装配容易；结构简单，制造装配容易；由由于于空空气气间间隙隙大大，磁磁路路的的磁磁阻阻高高，因因此此灵灵敏敏度度低低，但但线线性性范围大；范围大；由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰；由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰；由由于于磁磁阻阻高高，为为了了达达到到某某一一自自感感量量，需需要要的的线线圈圈匝匝数数多多，因而线圈分布电容大；因而线圈分布电容大；要要求求线线圈圈框框架架尺尺寸寸和和形形状状必必须须稳稳定定，否否则则影影响响其其线线性性和和稳稳定性。定性。电感式传感器测液位电感式传感器测液位螺管式螺管式电感传感器测量位移电感传感器测量位移 6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器6 66.1.4 6.1.4 信号调节电路信号调节电路1.交流电桥交流电桥三、差动自感传感器三、差动自感传感器(非线性补偿非线性补偿)交流电桥是自感传感器的主要测量电路，为了提高灵敏度，改善交流电桥是自感传感器的主要测量电路，为了提高灵敏度，改善线性度，自感线圈一般接成差动形式，如图。线性度，自感线圈一般接成差动形式，如图。Z Z1 1、Z Z2 2为工作臂，为工作臂，即线圈阻抗，即线圈阻抗，R R1 1、R R2 2为电桥的平衡臂为电桥的平衡臂 电桥平衡条件：电桥平衡条件：设设Z Z1 1=Z Z2 2=Z Z=R RS S+j+jLL；R R1 1=R R2 2=R R R RS1S1=R RS2S2=R RS S；L L1 1=L L2 2=L LE E为桥路电源，为桥路电源，Z ZL L是负载阻抗。工作是负载阻抗。工作时，时，Z Z1 1=Z Z+Z Z和和Z Z2 2=Z Z-Z ZZLR1R2Z2Z1L1L2RS1RS2交流电桥原理图USCE 6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器6 66.1.4 6.1.4 信号调节电路信号调节电路其输出电压幅值其输出电压幅值 当当Z ZL L时时输出阻抗输出阻抗 为自感线圈的品质因数。桥路输出电压桥路输出电压Usc包含与电源包含与电源E同相和正交两个分量。同相和正交两个分量。在实际测量中，只希望有同相分量，如能使在实际测量中，只希望有同相分量，如能使 或或Q值比较大，均能达到此目的。但在实际工作时，值比较大，均能达到此目的。但在实际工作时，RS/RS一般很小，所以要求线圈有高的品质因数。一般很小，所以要求线圈有高的品质因数。当当Q值很高时，值很高时，Usc ；当当Q值值很很低低时时，自自感感线线圈圈的的电电感感远远小小于于电电阻阻，电电感感线线圈圈相相当当于于纯电阻纯电阻(ZRs)，交流电桥即为电阻电桥。例，交流电桥即为电阻电桥。例如，应变测量仪就是如此，此时输出电压如，应变测量仪就是如此，此时输出电压Usc=。该该电电桥桥结结构构简简单单，其其电电阻阻R1、R2可可用用两两个个电电阻阻和和一一个个电电位位器器组成，调零方便。组成，调零方便。(两点说明两点说明)6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器6 66.1.4 6.1.4 信号调节电路信号调节电路2、变压器电桥、变压器电桥Z Z1 1Z Z2 2U U0 0E/E/2 2E/E/2 2E E变压器电桥原理图变压器电桥原理图I I平平衡衡臂臂为为变变压压器器的的两两个个副副边边，当当负负载载阻阻抗抗为为无无穷穷大大时时，流流入入工工作臂的电流为作臂的电流为 初始初始Z Z1 1=Z Z2 2=Z Z=R RS S+j+jLL，故平衡时，故平衡时，U U0 0=0=0。双臂工作时，设。双臂工作时，设Z Z1 1=Z ZZ Z，Z Z2 2=Z Z+Z Z，相当于差动式自感传感器，相当于差动式自感传感器的衔铁向一侧移动，则的衔铁向一侧移动，则同理反方向移动时同理反方向移动时 6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器6 6 6.1.4 6.1.4 信号调节电路信号调节电路2、变压器电桥、变压器电桥(两点说明两点说明)u（）可可见见，衔衔铁铁向向不不同同方方向向移移动动时时，产产生生的的输输出出电电压压U U0 0大大小小相相等等、方方向向相相反反，即即相相位位互互差差180180，可可反反映映衔衔铁铁移移动动的的方方向向。但但是是，为了判别交流信号的相位，需接入专门的相敏检波电路。为了判别交流信号的相位，需接入专门的相敏检波电路。变压器电桥的输出电压幅值变压器电桥的输出电压幅值输出阻抗为输出阻抗为优优点点：这这种种电电桥桥与与电电阻阻平平衡衡电电桥桥相相比比，元元件件少少，输输出出阻阻抗抗小小，桥路开路时电路呈线性；桥路开路时电路呈线性；缺缺点点：变变压压器器副副边边不不接接地地，易易引引起起来来自自原原边边的的静静电电感感应应电电压压，使高增益放大器不能工作。使高增益放大器不能工作。u（）差动自感式传感器（）差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时，电桥当衔铁位于中间位置时，电桥输出理论上应为零，但实际上输出理论上应为零，但实际上总存在零位不平衡电压输出总存在零位不平衡电压输出(零位电压零位电压)，造成零位误差，造成零位误差，2、变压器电桥、变压器电桥(两点说明两点说明)6.1.5 影响传感器精度的因素分析影响传感器精度的因素分析1.1.电源电压和频率的波动影响电源电压和频率的波动影响 大多数自感式传感器采用交流电桥作测量电路，电源电压的波大多数自感式传感器采用交流电桥作测量电路，电源电压的波动将直接导致输出信号的波动。采用动将直接导致输出信号的波动。采用差动工作方式差动工作方式，其影响将能，其影响将能得到补偿。得到补偿。2.2.温度变化温度变化 环境温度的变化会引起自感传感器的环境温度的变化会引起自感传感器的零点温度漂移零点温度漂移、灵敏度温灵敏度温度漂移度漂移以及线性度和相位的变化，造成温度误差。以及线性度和相位的变化，造成温度误差。(1)(1)材料的线膨胀系数引起零件尺寸的变化材料的线膨胀系数引起零件尺寸的变化(2)(2)材料的电阻率温度系数引起线圈铜阻的变化材料的电阻率温度系数引起线圈铜阻的变化(3)(3)磁性材料磁导率温度系数、绕组绝缘材料的温度系数和线圈几磁性材料磁导率温度系数、绕组绝缘材料的温度系数和线圈几何尺寸变化引起线圈电感量及寄生电容的改变等造成。何尺寸变化引起线圈电感量及寄生电容的改变等造成。6.1.5 影响传感器精度的因素分析影响传感器精度的因素分析3.3.非线性特性影响非线性特性影响测量电路也往往存在非线性。为了减小非线性，常用的测量电路也往往存在非线性。为了减小非线性，常用的方法是采用方法是采用差动结构差动结构和和限制测量范围限制测量范围。对于螺管式自感。对于螺管式自感传感器，增加线圈的长度有利于扩大线性范围或提高线传感器，增加线圈的长度有利于扩大线性范围或提高线性度。在工艺上应注意导磁体和线圈骨架的加工精度、性度。在工艺上应注意导磁体和线圈骨架的加工精度、导磁体材料与线圈绕制的均匀性，对于差动式则应保证导磁体材料与线圈绕制的均匀性，对于差动式则应保证其对称性，合理选择衔铁长度和线圈匝数。其对称性，合理选择衔铁长度和线圈匝数。4.零点残余电压的影响零点残余电压的影响 差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时，电桥输出理差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时，电桥输出理论上应为零，但实际上总存在零位不平衡电压输出论上应为零，但实际上总存在零位不平衡电压输出(零位零位电压电压)，造成零位误差，零位电压的组成十分复杂，造成零位误差，零位电压的组成十分复杂,主要主要原因是传感器两线圈的原因是传感器两线圈的电气参数电气参数和和几何尺寸几何尺寸的不对称的不对称.6.1.6 应用应用电感式接近传感器（金属电感式接近传感器（金属)6.1.6 应用应用教学用低成本四线制无二次仪表传感器教学用低成本四线制无二次仪表传感器6.2 6.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器6.2.1 工作原理及结构工作原理及结构6.2.2 等效电路等效电路6.2.3 测量电路测量电路6.2.4 应用应用6.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器(大位移测量大位移测量)6.2.1 工作原理及结构工作原理及结构1.3.2互感式传感器互感式传感器基本结构基本结构b b初级线圈初级线圈次级线圈次级线圈铁芯铁芯结构：结构：差动变压器式传感器是把被测位移转换为互感的变化，其差动变压器式传感器是把被测位移转换为互感的变化，其基本元件有基本元件有衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈框架衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈框架等。初等。初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，而级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，而次级线圈由结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接而成，次级线圈由结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。螺管形差动变压器根据初、次级排相当于变压器的副边。螺管形差动变压器根据初、次级排列不同有列不同有二节式、三节式、四节式和五节式二节式、三节式、四节式和五节式等形式等形式.原理：原理：当初级线圈接入激励电源后，次极线圈当初级线圈接入激励电源后，次极线圈就感应产生电压输出，互感变化时，输就感应产生电压输出，互感变化时，输出电压作相应变化，一般传感器的次极出电压作相应变化，一般传感器的次极线圈有两个，接成差动形式，所以称差线圈有两个，接成差动形式，所以称差动变压器式，也称为动变压器式，也称为互感式传感器互感式传感器6.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器(大位移测量大位移测量)6.2.1 工作原理及结构工作原理及结构321212112(a)(b)(c)(d)12112差动变压器线圈各种排列形式差动变压器线圈各种排列形式:1初级线圈；初级线圈；2次级线圈；次级线圈；3衔铁衔铁3特点：特点：三节式的零点电位较小，二节式比三节式灵敏度高、线三节式的零点电位较小，二节式比三节式灵敏度高、线性范围大，四节式和五节式改善了传感器线性度。性范围大，四节式和五节式改善了传感器线性度。等效电路等效电路M1,M2分别为初级与次级线圈1,2间的互感6.2.2 6.2.2 等效电路等效电路6.2.2 6.2.2 等效电路等效电路副0e2e2e21e22x副原线圈差动变压器输出电势e2与衔铁位移x的关系。其中x表示衔铁偏离中心位置的距离。6.2.3 6.2.3 测量电路测量电路差动相敏检波电路的工作原理差动相敏检波电路的工作原理vv当没有信号输入时，铁芯处于中间位置，调节电阻当没有信号输入时，铁芯处于中间位置，调节电阻当没有信号输入时，铁芯处于中间位置，调节电阻当没有信号输入时，铁芯处于中间位置，调节电阻R R，使，使，使，使零点残余电压减小；零点残余电压减小；零点残余电压减小；零点残余电压减小；vv当有信号输入时，铁芯移上或移下，其输出电压经交流放当有信号输入时，铁芯移上或移下，其输出电压经交流放当有信号输入时，铁芯移上或移下，其输出电压经交流放当有信号输入时，铁芯移上或移下，其输出电压经交流放大、相敏检波、滤波后得到直流输出。由表头指示输入位大、相敏检波、滤波后得到直流输出。由表头指示输入位大、相敏检波、滤波后得到直流输出。由表头指示输入位大、相敏检波、滤波后得到直流输出。由表头指示输入位移量的大小和方向。移量的大小和方向。移量的大小和方向。移量的大小和方向。6.2.3 6.2.3 测量电路测量电路 1.1.差动整流器差动整流器 正半周的电流正半周的电流负半周的电流负半周的电流2.相敏检波电路相敏检波电路 二极管相敏检波电路二极管相敏检波电路低通低通滤波器滤波器U0iUiU0U2U1双差分模拟乘法器双差分模拟乘法器-Ui差动变压器与双差分模拟乘法器的连接电路差动变压器与双差分模拟乘法器的连接电路互感式传感器互感式传感器集成化相敏检波电路集成化相敏检波电路(双差分模拟乘法器双差分模拟乘法器)6.2.4 应用应用差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器案例：板的厚度测量案例：板的厚度测量 案例：张力测量案例：张力测量案例案例:力和力矩测量力和力矩测量 位移测量位移测量6.3 6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.1 涡流效应涡流效应6.3.2结构和工作原理结构和工作原理6.3.3 高频反射式电涡流传感器高频反射式电涡流传感器6.3.4 交流等效电路交流等效电路6.3.5 应用应用6.3 6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器是利用电涡流式传感器是利用电涡流效应电涡流效应进行工作的。进行工作的。由于结构简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油由于结构简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油污等介质的影响，并能进行污等介质的影响，并能进行非接触测量非接触测量，适用范，适用范围广围广.用来测量位移动、厚度、转速、温度、硬度用来测量位移动、厚度、转速、温度、硬度等参数，以及用于无损探伤领域。通常把电涡流等参数，以及用于无损探伤领域。通常把电涡流传感器按激磁电源频率高低分为两大类：传感器按激磁电源频率高低分为两大类：高频反高频反射式电涡流传感器射式电涡流传感器和和低频透射式电涡流传感器低频透射式电涡流传感器，前者用于非接触式位移变量得检测，后者仅用于前者用于非接触式位移变量得检测，后者仅用于金属板厚度的测量。金属板厚度的测量。6.3 6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器1 16.3.1 涡流效应涡流效应6.3.1 涡流效应涡流效应当通过金属体的磁通变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。电涡流式传感器是利用涡流效应，将非电量转换为阻抗的变化而进行测量的。6.3 6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器2 2影响涡流因素影响涡流因素:涡流的大小涡流的大小 与金属板的与金属板的电阻率电阻率、磁导率、磁导率、金属板与线圈的金属板与线圈的距离距离x x 、激励电流激励电流角频率角频率等参数有关。等参数有关。若改变其中某个参数，而固定其他参数不变，就可根据涡流的变若改变其中某个参数，而固定其他参数不变，就可根据涡流的变化测量该参数。化测量该参数。显显然然磁磁场场变变化化频频率率愈愈高高，涡涡流流的的集集肤肤效效应应愈愈显显著著。即即涡涡流流穿穿透透深深度愈小度愈小.涡流传感器根据激励频率分为涡流传感器根据激励频率分为:高频反射式高频反射式或或低频透射低频透射式两类。式两类。目前高频反射式电涡流传感器应用广泛。目前高频反射式电涡流传感器应用广泛。其穿透深度其穿透深度h可表示可表示导体电阻率导体电阻率(cm)；r导体相对磁导率；导体相对磁导率；f交变磁场频率交变磁场频率(Hz)。6.3 6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器3 3原线圈的等效阻抗原线圈的等效阻抗Z Z变化：变化：6.3 6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器4 46.3.2结构和工作原理结构和工作原理(高频反射式高频反射式)主要由一个安置在框架上的扁平圆形线圈构成。此线圈可以粘贴于框架上，或在框架上开一条槽沟，将导线绕在槽内。下图为CZF1型涡流传感器的结构原理，它采取将导线绕在聚四氟乙烯框架窄槽内，形成线圈的结构方式。1234561 线圈 2 框架 3 衬套4 支架 5 电缆 6 插头6.3 6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器5 5iedM电涡流传感器原理图传感器线圈由高频信号激励，使它产生一个高频交变磁场传感器线圈由高频信号激励，使它产生一个高频交变磁场i，当被测导体靠近线圈时，在磁场作用范围的导体表层，产生了，当被测导体靠近线圈时，在磁场作用范围的导体表层，产生了与此磁场相交链的电涡流与此磁场相交链的电涡流ie，而此电涡流又将产生一交变磁场，而此电涡流又将产生一交变磁场e阻阻碍外磁场的变化。从能量角度来看，在被测导体内存在着电涡流碍外磁场的变化。从能量角度来看，在被测导体内存在着电涡流损耗（当频率较高时，忽略磁损耗）。能量损耗使传感器的损耗（当频率较高时，忽略磁损耗）。能量损耗使传感器的Q值值和等效阻抗和等效阻抗Z降低，因此当被测体与传感器间的距离降低，因此当被测体与传感器间的距离d改变时，传改变时，传感器的感器的Q值和等效阻抗值和等效阻抗Z、电感、电感L均发生变化，于是把位移量转换均发生变化，于是把位移量转换成电量。这便是电涡流传感器的基本原理。成电量。这便是电涡流传感器的基本原理。6.3 6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器6 66.3.6.3.3 3 高频反射式高频反射式电涡流传感器电涡流传感器基本原理基本原理6.3.6.3.4 4 交流等效电路交流等效电路6.3 6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器7 7 6.3.5 应用应用6.3 6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.5 应用应用6.3 6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器9 9产品：产品：6.3 6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器1010案例：无损探伤案例：无损探伤原理原理:裂纹检测，缺陷造成涡流变化。裂纹检测，缺陷造成涡流变化。火车轮检测火车轮检测油管检测油管检测作业作业n1电容式传感器的工作原理和形式是什么？电容式传感器的工作原理和形式是什么？能举例说明能举例说明.n2.电感式传感器主要由哪几种原理的传感器电感式传感器主要由哪几种原理的传感器 组成，各有何特点？组成，各有何特点？n3.测量大位移和小位移时可应用的传感器都测量大位移和小位移时可应用的传感器都有哪些种类有哪些种类?END