1、電感式傳感器第一頁，共43頁。10/13/20221電感式傳感器概念和類型 電感式傳感器是以電和磁為媒介，利用磁場的變化引起線圈的電感量或互感量的變化，把非電量轉(zhuǎn)化為電量的裝置（基于電磁感應(yīng)原理）。 按照轉(zhuǎn)換方式的不同可分為自感式（包括可變磁阻式與渦流式）和互感式（差動變壓器式）兩種。第二頁，共43頁。10/13/202225-1自感式傳感器 自感式傳感器是利用線圈自身電感的改變來實現(xiàn)非電量與電量的轉(zhuǎn)換。主要有變氣隙型、變面積型、螺管插鐵型。一、變磁路氣隙式電感傳感器組成：線圈、鐵芯和銜鐵組成。在鐵芯與銜鐵之間存在氣隙。第三頁，共43頁。10/13/20223根據(jù)磁路理論，磁通為：原理分析：根

2、據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)線圈中通以電流I時，產(chǎn)生磁通，其大小與電流成正比，線圈的自感量L為第四頁，共43頁。10/13/20224線圈自感可用下式計算：磁路的磁阻主要是氣隙產(chǎn)生的氣隙磁阻，聯(lián)立式（51）、（52）、（54），線圈的電感量為第五頁，共43頁。10/13/20225線圈電感變化量（氣隙減?。?非線性誤差靈敏度和線性度之間存在矛盾；一般變氣隙式電感傳感器只能在較小的氣隙范圍內(nèi)變化微小的位移。 因此只適用于微小位移量的檢測，一般約為0.0011 mm。上式說明：當(dāng)活動銜鐵的位移很小時，線圈的電感變化量與位移量成線性關(guān)系。 其靈敏度為第六頁，共43頁。10/13/20226 原理1.靈敏度是一

3、常數(shù)；2.在一定范圍內(nèi)不存在非線性；3.當(dāng)正反方向變化相同的x時，其電感變化量具有對稱性。但當(dāng)xa時就不再存在直線關(guān)系，其線性范圍是有限的。結(jié)論二、變磁路截面積式自感傳感器傳感器的靈敏度第七頁，共43頁。10/13/20227三、螺管插鐵型電感傳感器式中：L單個線圈的電感量； L0空心螺管線圈的電感量， W單個線圈的匝數(shù)； r線圈的平均半徑； rc柱形銜鐵的半徑； l 單個螺管線圈長度； lc柱形銜鐵插入到單個螺管內(nèi)的長度； 鐵芯的有效磁導(dǎo)率。原理：單個線圈電感量與銜鐵插入長度關(guān)系為第八頁，共43頁。10/13/20228傳感器的靈敏度：螺管線圈電感變化量總結(jié)：結(jié)構(gòu)簡單、易制造，靈敏度低，適于

4、較大位移（數(shù)毫米）測量。第九頁，共43頁。10/13/20229四、差動電感傳感器 自感式傳感器是單線圈工作，存在的問題：沒有信號輸入時，仍有輸出；外界干擾時輸出產(chǎn)生誤差；靈敏度低等。 差動自感式傳感器可以克服這些缺點。由兩個結(jié)構(gòu)、材料和電氣參數(shù)相同自感傳感器構(gòu)成。第十頁，共43頁。10/13/202210 對差動式傳感器，當(dāng)共用銜鐵位移時，兩線圈的間隙按0、0+變化，即一個線圈自感增加，另一個減小。當(dāng)/1時：1. 工作原理第十一頁，共43頁。10/13/202211靈敏度，為原來的兩倍。非線性誤差降低了一個數(shù)量級。 第十二頁，共43頁。10/13/2022122.交流電橋 初始條件電橋處于平

5、衡狀態(tài)，輸出USC=0。當(dāng)銜鐵偏移時，則第十三頁，共43頁。10/13/202213所以上式為，將代入后上式表明輸出電壓與銜鐵的位移成正比，其相位與運(yùn)動方向有關(guān)，如圖所示，其優(yōu)點為：從理論上消除了零位輸出誤差；靈敏度提高一倍；線性度得到改善；差動形式可以提高外界的干擾。第十四頁，共43頁。10/13/2022143.變壓器交流電橋電橋的工作臂是Z1、Z2，另外兩個臂是變壓器的次級線圈，輸出取自A、B兩點，B點為線圈的中心，并接地。初始時，當(dāng)銜鐵偏離 時，第十五頁，共43頁。10/13/202215同理，當(dāng)銜鐵偏移時，可推導(dǎo)出綜合上兩式有結(jié)論：a）以上交流電橋，變壓器電橋其輸出正比于L/L0。b

6、）輸出為交流信號，其方向、大小需通過整流、濾波后才能獲得相應(yīng)直流信號。4、相敏整流第十六頁，共43頁。10/13/2022165-2 互感式傳感器 互感式傳感器又稱變壓器式傳感器，是把非電量的變化轉(zhuǎn)換成線圈相互的互感量的變化，然后再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成為電信號輸出。 結(jié)構(gòu)形式主要有三種：螺管型差動變壓器、 型差動變壓器及旋轉(zhuǎn)變壓器。但目前常用的是螺管型差動變壓器。一、螺管型差動變壓器 螺管型差動變壓器按繞組排列形式可分為二段式、三段式、四段式、五段式等。 1.原理第十七頁，共43頁。10/13/202217 如上圖左是三段繞組螺管型差動變壓器，上圖右是其等效電路。由等效電路可得 主要由線圈繞組（

7、初級繞組和次級繞組）、可移動銜鐵、導(dǎo)磁外殼三大部分組成。 第十八頁，共43頁。10/13/202218所以有當(dāng)銜鐵處于中間位置時M1=M2，E2=0當(dāng)銜鐵偏離中間位置時，設(shè)M1M+M1，M2MM 2，M1 M 2 M，有 位移量與M有近似線性關(guān)系。第十九頁，共43頁。10/13/2022192.主要特性（1）輸出特性 差動變壓器輸出電壓可用下式計算：E2為差動變壓器輸出電壓有效值；x銜鐵的位移量；k1與變壓器結(jié)構(gòu)尺寸和電參數(shù)有關(guān)的系數(shù)；k2與變壓器結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。（2）線性度 在輸出特性公式中，通常k2x2lMHz)激勵電流，產(chǎn)生的高頻磁場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

8、電流。與此同時，該渦流產(chǎn)生的交變磁場又反作用于線圈，引起線圈自感L或阻抗ZL的變化，其變化與距離該金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率、激勵電流i，及角頻率等有關(guān)，若只改變距離而保持其他系數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈自感的變化，通過測量電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出。高頻反射式渦流傳感器多用于位移測量。 渦流式傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式。 二、渦流傳感器類型1.高頻反射式第三十頁，共43頁。10/13/202230 低頻透射式渦流傳感器的工作原理如圖所示，發(fā)射線圈1和接收線圈2分別置于被測金屬板材料G的上、下方。2、低頻透射式 由于低頻磁場集膚效應(yīng)小，滲透深，當(dāng)?shù)皖l（音頻范圍)電壓e1加到線圈1的兩端后，

9、所產(chǎn)生磁力線的一部分透過金屬板材料G,使線圈2產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e2。但由于渦流消耗部分磁場能量，使感應(yīng)電動勢e2減少，當(dāng)金屬板材料G越厚時，損耗的能量越大，輸出電動勢e2越小。因此，e2的大小與G的厚度及材料的性質(zhì)有關(guān)，試驗表明，e2隨材料厚度h的增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少,如圖所示，因此，若金屬板材料的性質(zhì)一定，則利用e2的變化即可測量其厚度。第三十一頁，共43頁。10/13/202231三、特性分析（1）輸出特性：一定距離范圍內(nèi)呈線性（2）靈敏度 靈敏度正比于線圈直徑，反比于線圈厚度；被測測物體半徑大于線圈外徑1.8倍，要有一定厚度；正比于電導(dǎo)率，反比于磁導(dǎo)率；正比于工作頻率。四、測量電路1.調(diào)幅

10、式測量電路第三十二頁，共43頁。10/13/2022322.調(diào)頻式測量電路第三十三頁，共43頁。10/13/202233第三十四頁，共43頁。10/13/2022343.電橋測量電路第三十五頁，共43頁。10/13/2022355-4 電感式傳感器應(yīng)用一、電感式傳感器應(yīng)用1.電感式位移式傳感器2.差動變壓器測速3.差動變壓器測慣性加速度4.磨加工連續(xù)表面主動測量儀5.三維電感測頭二、電渦流傳感器應(yīng)用1.渦流式傳感器測位移第三十六頁，共43頁。10/13/202236第三十七頁，共43頁。10/13/202237第三十八頁，共43頁。10/13/202238第三十九頁，共43頁。10/13/202239第四十頁，共43頁。10/13/2022402.渦流膜厚檢測3.電渦流式轉(zhuǎn)速表4.電渦流式接近開關(guān)第四十一頁，共43頁。10/13/202241第四十二頁，共43頁。10/13/202242思考題1.查資料，了解