《第23章 电感式传感器PPT讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第23章 电感式传感器PPT讲稿.ppt（76页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第第23章章 电感式传感器电感式传感器第1页，共76页，编辑于2022年，星期一n n电感式传感器的工作基础：电感式传感器的工作基础：电磁感应电磁感应n n即利用线圈电感或互感的改变来实现非即利用线圈电感或互感的改变来实现非电量测量电量测量n n分为变磁阻式、变压器式、涡流式等分为变磁阻式、变压器式、涡流式等分为变磁阻式、变压器式、涡流式等分为变磁阻式、变压器式、涡流式等n n特点：特点：特点：特点：工作可靠、寿命长工作可靠、寿命长工作可靠、寿命长工作可靠、寿命长 灵敏度高，分辨力高灵敏度高，分辨力高灵敏度高，分辨力高灵敏度高，分辨力高 精度高、线性好精度高、线性好精度高、线性好精度高、线性好
2、 性能稳定、重复性好性能稳定、重复性好性能稳定、重复性好性能稳定、重复性好第2页，共76页，编辑于2022年，星期一1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）1.1工作原理工作原理变变磁磁阻阻式式传传感感器器由由线线圈圈、铁铁芯芯和和衔衔铁铁三三部部分分组组成成。铁铁芯芯和和衔衔铁铁由由导磁材料制成。导磁材料制成。第3页，共76页，编辑于2022年，星期一在铁芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相在铁芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度连。当衔铁移动时，气隙厚度发生改变，引起磁路中发生改变，引起磁路中磁磁阻变化阻变化，从而导致电感，从而导致电感线
3、圈的电感值变化线圈的电感值变化，因此只要能测，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。第4页，共76页，编辑于2022年，星期一线圈中线圈中电感量电感量可由下式确定：可由下式确定：根据根据磁路欧姆定律磁路欧姆定律：式中式中,Rm为磁路总磁阻。为磁路总磁阻。（2-3-1）（2-3-2）气隙很小，可以认为气隙中的磁场是均匀的。气隙很小，可以认为气隙中的磁场是均匀的。若忽略磁路磁损，若忽略磁路磁损，则磁路总磁阻为则磁路总磁阻为（2-3-3）第5页，共76页，编辑于2022年，星期一通常通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻气隙磁
4、阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即即（2-3-4）则式（则式（2-3-3）可写为）可写为（2-3-5）联立式（联立式（2-3-1）、）、式（式（2-3-2）及式（）及式（2-3-5），），可得可得（2-3-6）第6页，共76页，编辑于2022年，星期一上上式式表表明明：当当线线圈圈匝匝数数为为常常数数时时，电电感感L仅仅仅仅是是磁磁路路中中磁磁阻阻Rm的的函函数数，改改变变或或A0均均可可导导致致电电感感变变化化，因因此此变变磁磁阻阻式式传传感感器器又又可可分分为为变变气气隙隙厚厚度度的的传传感感器器和和变变气气隙隙面面积积A0的的传传感器。感器。目前使用最广泛的是目前使用最广泛的是变气隙厚度式变气
5、隙厚度式电感传感器。电感传感器。第7页，共76页，编辑于2022年，星期一1.2输出特性输出特性L与与之间是之间是非线性非线性关系，关系，特性曲线如图特性曲线如图2-3-2所示。所示。图图2-3-2变隙式电压传感器的变隙式电压传感器的L-特性特性第8页，共76页，编辑于2022年，星期一分析：分析：当衔铁处于初始位置时，初始电感量为当衔铁处于初始位置时，初始电感量为（2-3-7）当当衔衔铁铁上上移移时时，传传感感器器气气隙隙减减小小，即即=0，则则此此时时输输出出电电感为感为（2-3-8）第9页，共76页，编辑于2022年，星期一当当/01时（台劳级数）：时（台劳级数）：（2-3-9）可求得电
6、感增量可求得电感增量L和相对增量和相对增量L/L0的表达式，即的表达式，即(2-3-10)(2-3-11)第10页，共76页，编辑于2022年，星期一同理，当衔铁随被测体的初始位置向下移动同理，当衔铁随被测体的初始位置向下移动时，有时，有（2-3-12）（2-3-13）对式（对式（2-3-11）、（）、（2-3-13）作）作线性处理线性处理，即忽略高次项后，可，即忽略高次项后，可得得（2-3-14）第11页，共76页，编辑于2022年，星期一灵敏度为灵敏度为可可见见：变变间间隙隙式式电电感感传传感感器器的的测测量量范范围围与与灵灵敏敏度度及及线线性性度相矛盾度相矛盾，因此变隙式电感式传感器适用
7、于测量微小位移的场合。因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。（2-3-15）第12页，共76页，编辑于2022年，星期一与与 n n衔铁上移衔铁上移 切线斜率变大切线斜率变大n n衔铁下移衔铁下移 切线斜率变小切线斜率变小 第13页，共76页，编辑于2022年，星期一与线性度与线性度n n衔铁上移：衔铁上移：n n衔铁下移：衔铁下移：n n无论上移或下移，非线性都将增大。无论上移或下移，非线性都将增大。第14页，共76页，编辑于2022年，星期一差动变隙式电感传感器差动变隙式电感传感器为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变隙式差动变隙式电感
8、电感传感器。传感器。第15页，共76页，编辑于2022年，星期一衔衔铁铁上上移移：两两个个线线圈圈的的电电感感变变化化量量L1、L2分分别别由由式式（2-3-10）及及式式（2-3-12）表表示示，差差动动传传感感器器电电感感的的总总变变化化量量L=L1+L2,具体表达式为具体表达式为对上式进行对上式进行线性处理线性处理,即忽略高次项得即忽略高次项得第16页，共76页，编辑于2022年，星期一灵敏度灵敏度K0为为比较单线圈式和差动式：比较单线圈式和差动式：差动式变间隙电感传感器的差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍灵敏度是单线圈式的两倍。差动式的非线性项差动式的非线性项(忽略高次项忽
9、略高次项)：单线圈的非线性项（忽略高次项单线圈的非线性项（忽略高次项)：由于由于/01，因此，因此，差动式的线性度得到明显改善差动式的线性度得到明显改善。第17页，共76页，编辑于2022年，星期一1.3测量电路测量电路电电感感式式传传感感器器的的测测量量电电路路有有交交流流电电桥桥式式、变变压压器器式式交交流流电电桥桥以以及及谐振式等。谐振式等。第18页，共76页，编辑于2022年，星期一1.交流电桥式测量电路交流电桥式测量电路当衔铁下移时：当衔铁下移时：第19页，共76页，编辑于2022年，星期一变压器式交流电桥变压器式交流电桥2.变压器式交流电桥变压器式交流电桥第20页，共76页，编辑于
10、2022年，星期一电电桥桥两两臂臂Z1、Z2为为传传感感器器线线圈圈阻阻抗抗，另另外外两两桥桥臂臂为为交交流流变变压压器器次次级线圈的级线圈的1/2阻抗。阻抗。当负载阻抗为无穷大时，当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压桥路输出电压当当 传传 感感 器器 的的 衔衔 铁铁 处处 于于 中中 间间 位位 置置，即即Z1=Z2=Z，此此 时时 有有，电桥平衡。电桥平衡。第21页，共76页，编辑于2022年，星期一当传感器衔铁上移：如当传感器衔铁上移：如Z1=Z+Z，Z2=ZZ，(2-3-25)当传感器衔铁下移：如当传感器衔铁下移：如Z1=ZZ，Z2=Z+Z，此时此时(2-3-26)可可知知：衔衔铁铁上
11、上下下移移动动相相同同距距离离时时，输输出出电电压压相相位位相相反反，大大小小随随衔衔铁铁的的位位移移而而变变化化。由由于于是是交交流流电电压压，输输出出指指示示无无法法判判断断位位移移方方向向，必必须须配配合合相敏检波电路来解决。相敏检波电路来解决。第22页，共76页，编辑于2022年，星期一3.谐振式测量电路谐振式测量电路分为：谐振式调幅电路和谐振式调频电路。分为：谐振式调幅电路和谐振式调频电路。调调幅幅电电路路特特点点：此此电电路路灵灵敏敏度度很很高高，但但线线性性差差，适适用用于于线线性性度要求不高的场合。度要求不高的场合。第23页，共76页，编辑于2022年，星期一调频电路：振荡频率
12、调频电路：振荡频率。当当L变变化化时时，振振荡荡频频率率随随之之变变化化，根根据据f的的大大小小即即可可测测出出被被测测量量的的值值。具具有有严严重重的的非非线线性关系。性关系。第24页，共76页，编辑于2022年，星期一1.4变磁阻式传感器的应用变磁阻式传感器的应用变隙电感式压力传感器结构图变隙电感式压力传感器结构图当当压压力力进进入入膜膜盒盒时时，膜膜盒盒的的顶顶端端在在压压力力P的的作作用用下下产产生生与与压压力力P大大小小成成正正比比的的位位移移，于于是是衔衔铁铁也也发发生生移移动动，从从而而使使气气隙隙发发生生变变化化，流流过过线线圈圈的的电电流流也也发发生生相相应应的的变变化化，电
13、电流流表表A的的指指示示值值就就反反映映了了被被测测压压力力的的大大小。小。第25页，共76页，编辑于2022年，星期一当当被被测测压压力力进进入入C形形弹弹簧簧管管时时，C形形弹弹簧簧管管产产生生变变形形，其其自自由由端端发发生生位位移移，带带动动与与自自由由端端连连接接成成一一体体的的衔衔铁铁运运动动，使使线线圈圈1和和线线圈圈2中中的的电电感感发发生生大大小小相相等等、符符号号相相反反的的变变化化。即即一一个个电电感感量量增增大大，另另一一个个电电感感量量减减小小。电电感感的的这这种种变变化化通通过过电电桥桥电电路路转转换换成成电电压压输输出出。由由于于输输出出电电压压与与被被测测压压力
14、力之之间间成成比比例例关关系系，所所以以只只要要用用检检测测仪仪表表测测量量出出输输出出电电压压，即即可可得得知知被被测测压压力力的的大小。大小。变隙式差动电感压力传感器变隙式差动电感压力传感器第26页，共76页，编辑于2022年，星期一2差动变压器式传感器差动变压器式传感器（互感式）（互感式）把把被被测测的的非非电电量量变变化化转转换换为为线线圈圈互互感感变变化化的的传传感感器器称称为为互互感感式式传传感感器器。这这种种传传感感器器是是根根据据变变压压器器的的基基本本原原理理制制成成的的，并并且且次次级绕组用差动形式连接，级绕组用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。故称差动变压器式传感器。
15、差动变压器结构形式：变隙式、变面积式和螺线管式等。差动变压器结构形式：变隙式、变面积式和螺线管式等。在在非非电电量量测测量量中中，应应用用最最多多的的是是螺螺线线管管式式差差动动变变压压器器，它它可可以以测测量量1100mm机机械械位位移移，并并具具有有测测量量精精度度高高、灵灵敏敏度度高、高、结构简单、性能可靠等优点。结构简单、性能可靠等优点。第27页，共76页，编辑于2022年，星期一2.1变隙式差动变压器变隙式差动变压器1.工作原理工作原理假设：初级绕组假设：初级绕组W1a=W1b=W1，次级绕组和次级绕组和W2a=W2b=W2两两个个初初级级绕绕组组的的同同名名端端顺顺向向串串联联，两
16、两个个次次级级绕绕组组的的同同名名端端则则反反相串联。相串联。第28页，共76页，编辑于2022年，星期一当当没没有有位位移移时时，衔衔铁铁C处处于于初初始始平平衡衡位位置置，它它与与两两个个铁铁芯芯的的间间隙隙有有a0=b0=0，则则绕绕组组W1a和和W2a间间的的互互感感Ma与与绕绕组组W1b和和W2b的的互互感感Mb相相等等，致致使使两两个个次次级级绕绕组组的的互互感感电电势势相相等等，即即e2a=e2b。由由于于次次级级绕绕组组反反相相串串联联，因因此此，差差动动变变压压器器输输出出电电压压Uo=e2a-e2b=0。当当被被测测体体有有位位移移时时，与与被被测测体体相相连连的的衔衔铁铁
17、的的位位置置将将发发生生相相应应的的变变化化，使使ab，互互感感MaMb，两两次次级级绕绕组组的的互互感感电电势势e2ae2b，输输出出电电压压Uo=e2a-e2b0，即即差差动动变变压压器器有有电电压压输输出出，此此电压的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。电压的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。.第29页，共76页，编辑于2022年，星期一2.输出特性输出特性在在忽忽略略铁铁损损（即即涡涡流流与与磁磁滞滞损损耗耗忽忽略略不不计计）、漏漏感感以以及及变变压压器器次次级级开开路路（或或负负载载阻阻抗抗足足够够大大）的的条条件件下下，等等效效电电路路。r1a与与L1a,r1b与与L1b,r
18、2a与与L2a,r2b与与L2b，分分别别为为W1a,W1b,W2a,W2b绕绕阻阻的的直直流电阻与电感。流电阻与电感。第30页，共76页，编辑于2022年，星期一当当r1aL1a，r1bM2，因因而而E2a增增加加，而而E2b减减小小。反反之之，E2b增增加加，E2a减减小小。因因为为Uo=E2a-E2b，所所以以当当E2a、E2b随随着着衔衔铁铁位位移移x变化时，变化时，Uo也必将随也必将随x而变化。而变化。当当衔衔铁铁位位于于中中心心位位置置时时，差差动动变变压压器器输输出出电电压压并并不不等等于于零零，我我们们把把差差动动变变压压器器在在零零位位移移时时的的输输出出电电压压称称为为零零
19、点点残残余余电电压压，记记作作Uo，它它的的存存在在使使传传感感器器的的输输出出特特性性不不经经过过零零点点，造造成成实实际际特性与理论特性不完全一致。特性与理论特性不完全一致。第39页，共76页，编辑于2022年，星期一零零点点残残余余电电压压产产生生原原因因：主主要要是是由由传传感感器器的的两两次次级级绕绕组组的的电电气气参参数数和和几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等引起的。几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等引起的。零点残余电压的波形十分复杂，主要由基波和高次谐波组成。零点残余电压的波形十分复杂，主要由基波和高次谐波组成。基基波波产产生生的的主主要要原原因因是是：传传感感器器的的两
20、两次次级级绕绕组组的的电电气气参参数数、几几何何尺尺寸寸不不对对称称，导导致致它它们们产产生生的的感感应应电电势势幅幅值值不不等等、相相位位不不同同，因因此此不不论怎样调整衔铁位置，论怎样调整衔铁位置，两线圈中感应电势都不能完全抵消。两线圈中感应电势都不能完全抵消。高高次次谐谐波波（主主要要是是三三次次谐谐波波）产产生生原原因因：是是磁磁性性材材料料磁磁化化曲曲线线的非线性（磁饱和、磁滞）。的非线性（磁饱和、磁滞）。零点残余电压一般在几十毫伏以下，在实际使用时，应设法减小零点残余电压一般在几十毫伏以下，在实际使用时，应设法减小UxUx，否则将会影响传感器的测量结果。否则将会影响传感器的测量结果
21、。第40页，共76页，编辑于2022年，星期一 2.基本特性 根据差动变压器等效电路。当次级开路时 式中：式中：U初级线圈激励电压；初级线圈激励电压；激励电压激励电压U的角频率；的角频率；I1初级线圈激励电流；初级线圈激励电流；r1、L1初级线圈直流电阻和电感。初级线圈直流电阻和电感。.第41页，共76页，编辑于2022年，星期一根据电磁感应定律，根据电磁感应定律，次级绕组中感应电势的表达式分别为次级绕组中感应电势的表达式分别为由于次级两绕组反相串联，且考虑到次级开路，则由以上关系可得由于次级两绕组反相串联，且考虑到次级开路，则由以上关系可得第42页，共76页，编辑于2022年，星期一上上式式
22、说说明明，当当激激磁磁电电压压的的幅幅值值U和和角角频频率率、初初级级绕绕组组的的直直流流电电阻阻r1及及电电感感L1为为定定值值时时，差差动动变变压压器器输输出出电电压压仅仅仅仅是是初初级级绕绕组组与与两两个个次级绕组之间互感之差的函数。次级绕组之间互感之差的函数。只只要要求求出出互互感感M1和和M2对对活活动动衔衔铁铁位位移移x的的关关系系式式，可可得得到到螺螺线线管式差动变压器的基本特性表达式。管式差动变压器的基本特性表达式。第43页，共76页，编辑于2022年，星期一输出电压的有效值为输出电压的有效值为第44页，共76页，编辑于2022年，星期一活动衔铁处于活动衔铁处于中间位置中间位置
23、时时M1=M2=M故故Uo=0活动衔铁活动衔铁向上移动向上移动时时M1=M+M，M2=M-M故故与与E2a同极性。同极性。.第45页，共76页，编辑于2022年，星期一活动衔铁活动衔铁向下移动向下移动时时M1=M-M，M2=M+M 故 与与E2b同极性。同极性。.第46页，共76页，编辑于2022年，星期一3.差动变压器式传感器测量电路差动变压器式传感器测量电路问问题题：（1）差差动动变变压压器器的的输输出出是是交交流流电电压压(用用交交流流电电压压表表测测量，只能反映衔铁位移的大小，不能反映移动的方向量，只能反映衔铁位移的大小，不能反映移动的方向);（2）测量值中将包含）测量值中将包含零点残
24、余电压零点残余电压。为为了了达达到到能能辨辨别别移移动动方方向向和和消消除除零零点点残残余余电电压压的的目目的的，实实际际测测量时，常常采用差动整流电路和相敏检波电路。量时，常常采用差动整流电路和相敏检波电路。(1)差动整流电路差动整流电路这这种种电电路路是是把把差差动动变变压压器器的的两两个个次次级级输输出出电电压压分分别别整整流流，然然后后将将整整流的电压或电流的差值作为输出。流的电压或电流的差值作为输出。第47页，共76页，编辑于2022年，星期一第48页，共76页，编辑于2022年，星期一从从图图（c）电电路路结结构构可可知知，不不论论两两个个次次级级线线圈圈的的输输出出瞬瞬时时电电压
25、压极极性性如如何何，流流经经电电容容C1的的电电流流方方向向总总是是从从2到到4，流流经经电电容容C2的的电电流方向总是从流方向总是从6到到8，故整流电路的输出电压为故整流电路的输出电压为当当衔衔铁铁在在零零位位时时，因因为为U24=U68，所所以以U2=0；当当衔衔铁铁在在零零位位以以上上时时，因因为为U24U68，则则U20；而而当当衔衔铁铁在在零零位位以以下下时时，则有则有U24U68，则，则U20，不不论论u0与与uy是正半周还是负半周，负载电阻是正半周还是负半周，负载电阻RL两端得到的电压始终为正。两端得到的电压始终为正。当当x0时：时：u0与与uy为同频反相。为同频反相。不不论论u
26、0与与uy是是正正半半周周还还是是负负半半周周，负负载载电电阻阻RL两两端端得得到到的的输输出出电压表达式总是为电压表达式总是为第53页，共76页，编辑于2022年，星期一第54页，共76页，编辑于2022年，星期一4.差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用可可直直接接用用于于位位移移测测量量，也也可可以以测测量量与与位位移移有有关关的的任任何何机机械械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。第55页，共76页，编辑于2022年，星期一图图4.22差动变压器式加速度传感器原理图差动变压器式加速度传感器原理图 差差动动变变压压器器式式
27、加加速速度度传传感感器器:由由悬悬臂臂梁梁和和差差动动变变压压器器构构成成。测测量量时时，将将悬悬臂臂梁梁底底座座及及差差动动变变压压器器的的线线圈圈骨骨架架固固定定，而而将将衔衔铁铁的的A端端与与被被测测振振动动体体相相连连，此此时时传传感感器器作作为为加加速速度度测测量量中中的的惯惯性性元元件件，它它的的位位移移与与被被测测加加速速度度成成正正比比，使使加加速速度度测测量量转转变变为为位位移移的的测测量量。当当被被测测体体带带动动衔衔铁铁以以x(t)振振动动时时，导导致致差差动动变变压压器器的的输输出出电电压压也也按按相相同同规规律律变变化。化。第56页，共76页，编辑于2022年，星期一
28、3电涡流式传感器（互感式）电涡流式传感器（互感式）3.1工作原理工作原理电涡流式传感器原理图电涡流式传感器原理图（a）传感器激励线圈传感器激励线圈;（b）被测金属导体被测金属导体第57页，共76页，编辑于2022年，星期一根根据据法法拉拉第第定定律律，当当传传感感器器线线圈圈通通以以正正弦弦交交变变电电流流I1时时，线线圈圈周周围围空空间间必必然然产产生生正正弦弦交交变变磁磁场场H1，使使置置于于此此磁磁场中的金属导体中感应电涡流场中的金属导体中感应电涡流I2，I2又产生新的交变磁场又产生新的交变磁场H2。根根据据愣愣次次定定律律，H2的的作作用用将将反反抗抗原原磁磁场场H1，由由于于磁磁场场
29、H2的的作作用用，涡涡流流要要消消耗耗一一部部分分能能量量，导导致致传传感感器器线线圈圈的的等效阻抗发生变化。等效阻抗发生变化。线线圈圈阻阻抗抗的的变变化化完完全全取取决决于于被被测测金金属属导导体体的的电电涡涡流流效效应。应。第58页，共76页，编辑于2022年，星期一式中式中,r为线圈与被测体的尺寸因子。为线圈与被测体的尺寸因子。测测量量方方法法：如如果果保保持持上上式式中中其其它它参参数数不不变变，而而只只改改变变其其中中一一个个参参数数，传传感感器器线线圈圈阻阻抗抗Z就就仅仅仅仅是是这这个个参参数数的的单单值值函函数数。通通过过与与传传感感器器配配用的测量电路测出阻抗用的测量电路测出阻
30、抗Z的变化量，即可实现对该参数的测量。的变化量，即可实现对该参数的测量。Z=F(,r,f,x)传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数关系式为的函数关系式为第59页，共76页，编辑于2022年，星期一3.2基本特性基本特性电涡流式传感器简化模型电涡流式传感器简化模型第60页，共76页，编辑于2022年，星期一电电涡涡流流传传感感器器简简化化模模型型中中，把把在在被被测测金金属属导导体体上上形形成成的的电电涡涡流流等等效效成成一一个个短短路路环环，即即假假设设电电涡涡流流仅仅分分布布在在环环体体之之内内，模模型型中中h（电电涡涡流的贯穿深度）可由下式求得：流的
31、贯穿深度）可由下式求得：式中式中,f为线圈激磁电流的频率。为线圈激磁电流的频率。第61页，共76页，编辑于2022年，星期一根根据据简简化化模模型型，可可画画出出等等效效电电路路图图。图图中中R2为为电电涡涡流流短短路路环环等等效效电电阻，其表达式为阻，其表达式为根据基尔霍夫第二定律，可列出如下方程：根据基尔霍夫第二定律，可列出如下方程：第63页，共76页，编辑于2022年，星期一解得等效阻抗解得等效阻抗Z的表达式为的表达式为第64页，共76页，编辑于2022年，星期一线圈的等效品质因数线圈的等效品质因数Q值为值为可见：可见：因涡流效应，线圈的品质因素因涡流效应，线圈的品质因素Q下降。下降。第
32、65页，共76页，编辑于2022年，星期一3.3电涡流传感器测量电路电涡流传感器测量电路主要有调频式、主要有调频式、调幅式电路两种。调幅式电路两种。1.调频式电路调频式电路第66页，共76页，编辑于2022年，星期一传传感感器器线线圈圈接接入入LC振振荡荡回回路路，当当传传感感器器与与被被测测导导体体距距离离x改改变变时时，在在涡涡流流影影响响下下，传传感感器器的的电电感感变变化化，将将导导致致振振荡荡频频率率的的变变化化，该该变变化化的的频频率率是是距距离离x的的函函数数，即即f=L(x),该该频频率率可可由由数数字字频频率率计计直直接接测测量量，或者通过或者通过f-V变换，用数字电压表测量
33、对应的电压。变换，用数字电压表测量对应的电压。振荡器的频率为振荡器的频率为为为了了避避免免输输出出电电缆缆的的分分布布电电容容的的影影响响，通通常常将将L、C装装在在传传感感器器内内。此此时时电电缆缆分分布布电电容容并并联联在在大大电电容容C2、C3上上，因因而而对对振振荡荡频频率率f的的影影响响将将大大大减小。大减小。第67页，共76页，编辑于2022年，星期一2.调幅式电路调幅式电路由由传传感感器器线线圈圈L、电电容容器器C和和石石英英晶晶体体组组成成。石石英英晶晶体体振振荡荡器器起起恒恒流流源源的的作作用用，给给谐谐振振回回路路提提供供一一个个频频率率（f0）稳稳定定的的激激励电流励电流
34、io，LC回路输出电压回路输出电压式中式中,Z为为LC回路的阻抗。回路的阻抗。第68页，共76页，编辑于2022年，星期一当当金金属属导导体体远远离离或或去去掉掉时时，LC并并联联谐谐振振回回路路谐谐振振频频率率即即为为石石英英振振荡荡频频率率fo，回回路路呈呈现现的的阻阻抗抗最最大大，谐谐振振回回路路上上的的输输出出电电压压也也最最大大；当当金金属属导导体体靠靠近近传传感感器器线线圈圈时时，线线圈圈的的等等效效电电感感L发发生生变变化化，导导致致回回路路失失谐谐，从从而而使使输输出出电电压压降降低低，L的的数数值值随随距距离离x的的变变化化而而变变化化。因因此此，输输出出电电压压也也随随x而
35、而变变化化。输输出出电电压压经经放放大大、检检波波后后，由由指指示示仪仪表表直直接接显显示示出出x的的大大小小。除此之外，除此之外，交流电桥也是常用的测量电路。交流电桥也是常用的测量电路。第69页，共76页，编辑于2022年，星期一3.4电涡流式传感器的应用电涡流式传感器的应用1.低频透射式涡流厚度传感器低频透射式涡流厚度传感器图图4-24所所示示为为透透射射式式涡涡流流厚厚度度传传感感器器结结构构原原理理图图。在在被被测测金金属属的的上上方方设设有有发发射射传传感感器器线线圈圈L1,在在被被测测金金属属板板下下方方设设有有接接收收传传感感器器线线圈圈L2。当当在在L1上上加加低低频频电电压压
36、U1时时,则则L1上上产产生生交交变变磁磁通通1,若若两两线线圈圈间间无无金金属属板板,则则交交变变磁磁场场直直接接耦耦合合至至L2中中,L2产产生生感感应应电电压压U2。如如果果将将被被测测金金属属板板放放入入两两线线圈圈之之间间,则则L1线线圈圈产产生生的的磁磁通通将将导导致在金属板中产生电涡流。致在金属板中产生电涡流。此此时时磁磁场场能能量量受受到到损损耗耗,到到达达L2的的磁磁通通将将减减弱弱为为,从从而而使使L2产产生生的的感感应应电电压压U2下下降降。金金属属板板越越厚厚,涡涡流流损损失失就就越越大大,U2电电压压就就越越小小。因因此此,可可根根据据U2电电压压的的大大小小得得知知
37、被被测测金金属属板板的的厚厚度度,透透射射式式涡涡流流厚厚度度传感器检测范围可达传感器检测范围可达1100mm,分辨率为分辨率为0.1m,线性度为线性度为1%。第70页，共76页，编辑于2022年，星期一第71页，共76页，编辑于2022年，星期一2.高频反射式涡流厚度传感器高频反射式涡流厚度传感器图图4-25所示是高频反射式涡流测厚仪测试系统原理图。所示是高频反射式涡流测厚仪测试系统原理图。为为了了克克服服带带材材不不够够平平整整或或运运行行过过程程中中上上下下波波动动的的影影响响,在在带带材材的的上上、下下两两侧侧对对称称地地设设置置了了两两个个特特性性完完全全相相同同的的涡涡流流传传感感
38、器器S1、S2。S1、S2与与被被测测带带材材表表面面之之间间的的距距离离分分别别为为x1和和x2。若若带带材材厚厚度度不不变变,则则被被测测带带材材上上、下下表表面面之之间间的的距距离离总总有有x1+x2=常常数数的的关关系系存存在在。两两传传感感器器的的输输出出电电压压之之和和为为2Uo数数值值不不变变。如如果果被被测测带带材材厚厚度度改改变变量量为为,则则两两传传感感器器与与带带材材之之间间的的距距离离也也改改变变了了一一个个,两两传传感感器器输输出出电电压压此此时时为为2Uo+U。U经经放放大大器器放放大大后后,通通过过指指示示仪仪表表电电路路即即可可指指示示出出带带材材的的厚厚度度变
39、变化化值值。带带材材厚厚度度给给定定值值与与偏偏差差指指示示值值的代数和就是被测带材的厚度。的代数和就是被测带材的厚度。第72页，共76页，编辑于2022年，星期一第73页，共76页，编辑于2022年，星期一3.电涡流式转速传感器电涡流式转速传感器图图4-26所所示示为为电电涡涡流流式式转转速速传传感感器器工工作作原原理理图图。在在软软磁磁材材料料制制成成的的输输入入轴轴上上加加工工一一键键槽槽,在在距距输输入入表表面面d0处处设设置置电电涡涡流流传传感感器器,输输入入轴轴与与被测旋转轴相连。被测旋转轴相连。当当被被测测旋旋转转轴轴转转动动时时,输输出出轴轴的的距距离离发发生生d0+d的的变变
40、化化。由由于于电电涡涡流流效效应应,这这种种变变化化将将导导致致振振荡荡谐谐振振回回路路的的品品质质因因素素变变化化,使使传传感感器器线线圈圈电电感感随随d的的变变化化也也发发生生变变化化,它它们们将将直直接接影影响响振振荡荡器器的的电电压压幅幅值值和和振振荡荡频频率率。因因此此,随随着着输输入入轴轴的的旋旋转转,从从振振荡荡器器输输出出的的信信号号中中包包含含有有与与转转数数成成正正比比的的脉脉冲冲频频率率信信号号。该该信信号号由由检检波波器器检检出出电电压压幅幅值值的的变变化化量量,然然后后经经整整形形电电路路输输出出脉脉冲冲频频率率信信号号fn。该信号经电路处理便可得到被测转速。该信号经电路处理便可得到被测转速。第74页，共76页，编辑于2022年，星期一第75页，共76页，编辑于2022年，星期一这这种种转转速速传传感感器器可可实实现现非非接接触触式式测测量量,抗抗污污染染能能力力很很强强,可可安安装装在在旋旋转转轴轴近近旁旁长长期期对对被被测测转转速速进进行行监监视视。最最高高测测量量转转速速可可达达 600 000r/min(转转/分分)。第76页，共76页，编辑于2022年，星期一