第六章电感式传感器PPT课件

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第1页/共61页 绪绪 论论自感 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中产生盛生电动势，这就是自感应现象。互感 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感生电动势，这种电磁感应现象叫做互感应现象.第2页/共61页绪绪 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第3页/共61页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） 应用第4页/共61页6.1 6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器1 1 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: :空气隙的磁阻铁芯、衔铁的总磁阻磁路中的总磁阻线圈匝数。:,2RRRWRRRRWLFMFMML铁芯线圈衔铁222111AdAdRFd 1 : 铁芯中的磁路长度d 2 : 衔铁中的磁路长度1 : 铁芯的磁导率2 : 衔铁的磁导率A 1 : 铁芯的截面积A 2 : 衔铁的截面积2:,220200AWRWLRRAARF由于：气隙面积。空气磁导率；气隙宽度；u原理：当外力引起衔铁位移时，X L MR第5页/共61页2202AWRWL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：第6页/共61页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面积第7页/共61页6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器3 3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为磁芯，所以有一些其它参量存在，可以等效为L 线圈电感Re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，会在线圈铁心中造成涡流及磁滞损耗。 Rc线圈的损耗电阻取决于导线材料及线圈的几何尺寸 C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。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第8页/共61页6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器4 4输出特性分析输出特性分析1 1 (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)(差动式)第9页/共61页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)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 rrrmlSlSR11100rrmlSR01rrmlKlWSRWL1202K=0W 2S一般r1，所以rlKLL11u当气隙减少 时自感增加为L第10页/共61页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) rrllLLL1rrllLL1111111自感的相对变化211111111rrrlllLLu同理，当总气隙长度增加 时，自感减小为L2，即rlLL221111111rrrlll第11页/共61页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)若忽略高次项，则自感变化灵敏度为 rLlLLK11rLl11线性度LL1L2 L0 0当气隙 发生变化时，自感的变化与气隙变化均呈非线性关系，其非线性程度随气隙相对变化 / 的增大而增加；气隙减少 所引起的自感变化L1与气隙增加同样 所引起的自感变化L2并不相等，即L1L2，其差值随 / 的增加而增大。 注:当气隙 发生变化时，自感的变化与气隙变化均呈非线性关系，其非线性程度随气隙相对变化 / 的增大而增加. 气隙减少 所引起的自感变化L1与气隙增加同样 所引起的自感变化L2并不相等，即L1L2，其差值随 / 的增加而增大。 第12页/共61页 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)差动变气隙式自感传感器结构由两个电气参数和磁路完全相同的线圈组成。当衔铁3移动时，一个线圈的自感增加，另一个线圈的自感减少，形成差动形式。如将这两个差动线圈221111112rrllLLLLLEUSC1342RR(l- )/2(l- )/2分别接入测量电桥邻臂，则当磁路总气隙改变 时，自感相对变化为rl112LLKL2)(11rLl线性度灵敏度第13页/共61页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,如当 / =10时 (略去l r), 单线圈L10； 而差动式的L L 1。75502505075100 /mm10025LD3211234对差动气隙式传感器其 / 与l/( r)的变化受到灵敏度和非线性失真相互矛盾的制约,因此只能适当选取。一般差动变隙式自感传感器 / 0.10.2时，可使传感器非线性误差在3左右。其工作行程很小,若取 2mm,则行程为(0.20.5)mm；较大行程的位移测量,常利用螺管式自感传感器1 线圈自感特性； 2 线圈自感特性；3 特性曲线差动式自感传感器的输出特性第14页/共61页输出特性分析输出特性分析5 5 2. 螺管型自感传感器rx螺旋管铁心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。单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈和一根圆柱形铁芯。传感器工作时，单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈和一根圆柱形铁芯。传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管线圈自感值的变化。当用恒流源激励时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管线圈自感值的变化。当用恒流源激励时，则线圈的输出电压与铁芯的位移量有关。则线圈的输出电压与铁芯的位移量有关。第15页/共61页输出特性分析输出特性分析6 6 2. 螺管型自感传感器 (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，比铁芯插入线圈的）或几乎离开线圈时的灵敏度，比铁芯插入线圈的1/21/2长度时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。的线性特性。 第16页/共61页输出特性分析输出特性分析7 7 2. 螺管型自感传感器 (差动式)为了提高灵敏度与线性度,绝大多数自绝大多数自感式传感器都运用与电阻差动式类似的感式传感器都运用与电阻差动式类似的技术来改善性能：由两单一式结构对称技术来改善性能：由两单一式结构对称组合，构成组合，构成差动螺管式自感传感器差动螺管式自感传感器。图图(b)(b)中中H=f(x)H=f(x)曲线表明：为了得到较曲线表明：为了得到较好的线性好的线性, ,铁芯长度取铁芯长度取0.60.6l l时时, ,则铁芯工则铁芯工作在作在H H曲线的拐弯处曲线的拐弯处, ,此时此时H H变化小。这变化小。这种差动螺管式自感传感器的测量范围为种差动螺管式自感传感器的测量范围为(5(550)mm,50)mm,非线性误差在非线性误差在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第17页/共61页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；由于空气间隙大，磁路的磁阻高，因此灵敏度低，但线性范围大；由于空气间隙大，磁路的磁阻高，因此灵敏度低，但线性范围大；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；由于磁阻高，为了达到某一自感量，需要的线圈匝数多，因而线圈分布电容大；由于磁阻高，为了达到某一自感量，需要的线圈匝数多，因而线圈分布电容大；要求线圈框架尺寸和形状必须稳定，否则影响其线性和稳定性。要求线圈框架尺寸和形状必须稳定，否则影响其线性和稳定性。 第18页/共61页第19页/共61页第20页/共61页 6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器6 6信号调节电路信号调节电路1.交流电桥三、差动自感传感器( (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，改善线性度，自感线圈一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。般接成差动形式，如图。Z Z1 1、Z Z2 2为工作臂，即线圈阻抗，为工作臂，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：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，Z ZL L是负载阻抗。工作时，Z Z1 1= =Z Z+Z Z和Z Z2 2= =Z Z-Z ZZLR1R2Z2Z1L1L2RS1RS2交流电桥原理图USCE2121RRZZZRZZZZEULLSC2第21页/共61页 6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器6 6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 LjRLjREZZEUSSSC22当当Z ZL L时时ELRLELRRLUSSSSC2222222222)(22LRRZS输出阻抗输出阻抗 SSSSSCRRLLQjLLRRQQEU11111222SRLQ为自感线圈的品质因数。第22页/共61页桥路输出电压Usc包含与电源E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 或Q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。当Q值很高时，Usc ； SSRRLLLLE 2当Q值很低时，自感线圈的电感远小于电阻，电感线圈相当于纯电阻(ZRs)，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Usc= 。 该电桥结构简单，其电阻R1、R2可用两个电阻和一个电位器组成，调零方便。 SSRRE 2(两点说明)第23页/共61页6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器6 6信号调节电路信号调节电路2、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平衡臂为变压器的两个副边，当负载阻抗为无穷大时，流入工作臂的电流为平衡臂为变压器的两个副边，当负载阻抗为无穷大时，流入工作臂的电流为 21ZZEI1202121222ZZEEEUZZZZZ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。双臂工作时，设作时，设Z Z1 1= =Z ZZ Z，Z Z2 2= =Z Z+Z Z，相当于差动式自，相当于差动式自感传感器的衔铁向一侧移动，则感传感器的衔铁向一侧移动，则02EZUZ同理反方向移动时同理反方向移动时02EZUZ 第24页/共61页 6.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器6 6 信号调节电路信号调节电路2、变压器电桥(两点说明)u（）可见，衔铁向不同方向移动时，产生的输出电压（）可见，衔铁向不同方向移动时，产生的输出电压U U0 0大小相等、方向相反，即相大小相等、方向相反，即相位互差位互差180180，可反映衔铁移动的方向。但是，为了判别交流信号的相位，需接入专门的，可反映衔铁移动的方向。但是，为了判别交流信号的相位，需接入专门的相敏检波电路。相敏检波电路。 02222SLUERL2222LRZS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第25页/共61页优点优点：这种电桥与电阻平衡电桥相比，元件少，输出阻抗小，桥路开路时电路呈：这种电桥与电阻平衡电桥相比，元件少，输出阻抗小，桥路开路时电路呈线性；线性；缺点缺点：变压器副边不接地，易引起来自原边的静电感应电压，使高增益放大器不：变压器副边不接地，易引起来自原边的静电感应电压，使高增益放大器不能工作。能工作。 u（）差动自感式传感器当衔铁位（）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，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但实际上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(两点说明)第26页/共61页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。采用的波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，其影响将能得到补偿。影响将能得到补偿。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、灵敏灵敏度温度漂移度温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。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。第27页/共61页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，常用的方法是采用的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。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性度。在工艺上应注意导磁体和线圈骨架的加提高线性度。在工艺上应注意导磁体和线圈骨架的加工精度、导磁体材料与线圈绕制的均匀性，对于差动工精度、导磁体材料与线圈绕制的均匀性，对于差动式则应保证其对称性，合理选择衔铁长度和线圈匝数。式则应保证其对称性，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理论上应为零，但实际上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，零位电压的组成十分复，造成零位误差，零位电压的组成十分复杂杂, ,主要原因是传感器两线圈的主要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的不对称不对称. .第28页/共61页应用电感式接近传感器（金属) 第29页/共61页应用教学用低成本四线制无二次仪表传感器第30页/共61页6.2 6.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器工作原理及结构等效电路6.2.3 测量电路应用第31页/共61页6.2 差动变压器式传感器 (大位移测量)工作原理及结构基本结构b b初级线圈次级线圈铁芯结构：差动变压器式传感器是把被测位移转换为互感的变化，其基本元件有衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈框架等。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、次级排列不同有二节式、三节式、四节式和五节式等形式.原理：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，所以称差动变压器式，也称为互感式传感器第32页/共61页6.2 差动变压器式传感器 (大位移测量)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:1 初级线圈；2 次级线圈；3 衔铁3特点：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。第33页/共61页。；初级电流：ppPppPpppPpppPpLjREMMjEEELjRMjEIMjELjRMjEIMjELjREI21210222111 MMM MMM;0; M-MM MMM;0;MM M02121021212102121021210同相。与同相，与。处于中心位置时，当EEEEEbEEEEEbEEEbEEEPppELRMME222120等效电路M1,M2分别为初级与次级线圈1,2间的互感初级线圈电感初级线圈电阻:ppLR等效电路第34页/共61页等效电路第35页/共61页副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。 第36页/共61页测量电路第37页/共61页第38页/共61页测量电路 1.1.差动整流器。流输出之差：为两个全波桥式整输出22222222112100ppippiLRMUULRMUUUUUU铁芯下移。铁芯上移。,;,;,00002102102122221210UMMUMMUMMLRMMUUUUppittt1U2U0U000ttt1U2U0U000t1U0002U0Utt210UUU第39页/共61页 同相。同相。为恒幅参考信号，与为恒幅参考信号，与iUU2。、右至左的电流源自右至左的电流源自；从；从、电流源自电流源自同相：从左至右的同相：从左至右的与与0,-, 00; 0020202022043210 IUUUUUUUUUUIiiiiU02UU 。、源自源自；从右至左的电流；从右至左的电流、源自源自从左至右的电流从左至右的电流。从左至右流过从左至右流过、经经从右至左流过从右至左流过、经经通，通，、的负半周的负半周从右至左流过从右至左流过、经经从左至右流过从左至右流过、经经通，通，、的正半周的正半周、020232020214012022212032042432M,M;M,MUUUUiiUUUUiiUDUUDUDDUUDUUDUDDU 1D2D3D4D1D2D3D4D2B1B2B1BMi1i2i3i4i0U2U21ii 34ii 2U2U2U 2U 正半周的电流负半周的电流41ii23ii2.相敏检波电路 二极管相敏检波电路第40页/共61页移相器低通滤波器U0iUiU0U2U1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 。； tULMMUUUtLMUIMjUtLMUIMjULjtULjRUILjRtUUipipippippippipppiicoscoscoscos)(,cos21210222111。移相成 tLMMUtULMMtUUUUtUUtUUpiipiiiiiii2coscos2coscoscos:cos2122100 。成分成分低通滤波除去低通滤波除去 cos2:22120piLMMUUt 相相乘乘即即可可。倒倒相相后后与与将将所所以以即即最最大大值值时时iiUU0, 1cos 互感式传感器集成化相敏检波电路(双差分模拟乘法器)第41页/共61页应用差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器第42页/共61页案例：板的厚度测量 第43页/共61页案例：张力测量第44页/共61页案例: 力和力矩测量 位移测量第45页/共61页6.3 6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器涡流效应 结构和工作原理高频反射式电涡流传感器交流等效电路应用第46页/共61页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、硬用来测量位移动、厚度、转速、温度、硬度度等参数，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。第47页/共61页6.3 6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器1 1涡流效应第48页/共61页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。 1I1H传感器激励线圈(a)(b)2H2I被测金属导体传感器激励电流第49页/共61页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角频率率等参数有关。等参数有关。 若改变其中某个参数，而固定其他参数不变，就可根据涡流的变化测量该参数。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。 显然磁场变化频率愈高，涡流的集肤效应愈显著。即涡流穿透深度愈小显然磁场变化频率愈高，涡流的集肤效应愈显著。即涡流穿透深度愈小. .涡流传感器根据激励频率分为:高频反射式或低频透射式两类。目前高频反射式电涡流传感器应用广泛。 其穿透深度h可表示fhr5030导体电阻率(cm)；r导体相对磁导率； f交变磁场频率(Hz)。),(xZZ 第50页/共61页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：),(xZZ 第51页/共61页6.3 6.3 电涡流式传感器4 4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 插头第52页/共61页6.3 6.3 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e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损耗（当频率较高时，忽略磁损耗）。能量损耗使传感器的Q值和等效阻抗Z降低，因此当被测体与传感器间的距离d改变时，传感器的Q值和等效阻抗Z、电感L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。 第53页/共61页6.3 6.3 电涡流式传感器6 66.3.6.3.3 3 高频反射式电涡流高频反射式电涡流传感器传感器基本原理cmcm5000525. 0239. 12的的单单位位为为：导导体体的的相相对对磁磁导导率率：交交变变磁磁场场频频率率：导导体体电电阻阻率率：线线圈圈直直径径渗渗透透深深度度：涡涡流流区区内内径径：涡涡流流区区外外径径：hfDfhDrDRrr 6.3.6.3.4 4 交流等效电路第54页/共61页6.3 6.3 电涡流式传感器7 7 应用第55页/共61页6.3 6.3 电涡流式传感器应用第56页/共61页6.3 6.3 电涡流式传感器9 9产品：产品：第57页/共61页6.3 6.3 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。火车轮检测油管检测第58页/共61页作业 1电容式传感器的工作原理和形式是什么？能举例说明. 2. 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？ 3.测量大位移和小位移时可应用的传感器都有哪些种类?第59页/共61页第60页/共61页感谢您的观看！第61页/共61页