《传感器与检测技术第二章PPT讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器与检测技术第二章PPT讲稿.ppt（58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、传感器与检测技术课传感器与检测技术课件第二章件第二章第1页，共58页，编辑于2022年，星期四四、电感式位移传感器四、电感式位移传感器示例示例第2页，共58页，编辑于2022年，星期四四、电感式位移传感器四、电感式位移传感器电感式位移传感器是将被测物理量的位移转化为自感电感式位移传感器是将被测物理量的位移转化为自感L L，互感，互感M M的变化，的变化，并通过测量电感量的变化确定位移量。并通过测量电感量的变化确定位移量。电感式位移传感器的电感式位移传感器的主要类型主要类型有：自感式、互感式、涡流式和有：自感式、互感式、涡流式和压磁式等压磁式等第3页，共58页，编辑于2022年，星期四存在交流零
2、位信号，频率响应低，不宜于高频动态测量。存在交流零位信号，频率响应低，不宜于高频动态测量。存在交流零位信号，频率响应低，不宜于高频动态测量。存在交流零位信号，频率响应低，不宜于高频动态测量。结构简单、可靠，输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、结构简单、可靠，输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、结构简单、可靠，输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、结构简单、可靠，输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、对工作环境要求不高、分辨力较高（如在测量长度时一般可达对工作环境要求不高、分辨力较高（如在测量长度时一般可达对工作环境要求不高、分辨力较高（如在测量长度时一般可达对工作环境要求不高、分辨力较高（
3、如在测量长度时一般可达0.10.1 mm）、示值误差一般为示值范围的）、示值误差一般为示值范围的）、示值误差一般为示值范围的）、示值误差一般为示值范围的0.1%0.5%0.1%0.5%、稳定性好。、稳定性好。、稳定性好。、稳定性好。四、电感式位移传感器四、电感式位移传感器特点：特点：缺点缺点第4页，共58页，编辑于2022年，星期四（一）自感式电感位移传感器（一）自感式电感位移传感器1.1.工作原理与结构工作原理与结构自自感感式式位位移移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导磁材料制成。由导磁材料制成。自感式传感器是把被测量变化转自感式传感
4、器是把被测量变化转换成自感换成自感L L的变化，通过一定的转的变化，通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。换电路转换成电压或电流输出。在缠绕在铁心上的线圈中通以交变电流在缠绕在铁心上的线圈中通以交变电流i i，产生磁通，产生磁通m,m,形成磁通回路。形成磁通回路。第5页，共58页，编辑于2022年，星期四（一）自感式电感位移传感器（一）自感式电感位移传感器1.1.工作原理与结构工作原理与结构磁通与电流之间的关系磁通与电流之间的关系第6页，共58页，编辑于2022年，星期四（一）自感式电感位移传感器（一）自感式电感位移传感器1.1.工作原理与结构工作原理与结构磁阻磁阻RmRm在本例中包括三部分
5、，铁芯、衔铁和气隙中的磁阻。在本例中包括三部分，铁芯、衔铁和气隙中的磁阻。式（式（2-21）式（式（2-22）第7页，共58页，编辑于2022年，星期四（一）自感式电感位移传感器（一）自感式电感位移传感器1.1.工作原理与结构工作原理与结构式（式（2-21）式（式（2-22）代入代入第8页，共58页，编辑于2022年，星期四（一）自感式电感位移传感器（一）自感式电感位移传感器1.1.工作原理与结构工作原理与结构考虑到铁心与衔铁磁路考虑到铁心与衔铁磁路由若干部分组成：由若干部分组成：当铁芯的结构和材料确定后，式中分母第一项为常数，此时当铁芯的结构和材料确定后，式中分母第一项为常数，此时自感自感L
6、是气隙厚度是气隙厚度 和气隙磁通截面积和气隙磁通截面积S0的函数。的函数。自感式位移传感器可分为自感式位移传感器可分为变气隙型、变面积型和螺管型变气隙型、变面积型和螺管型。第9页，共58页，编辑于2022年，星期四变气隙型自感传感器变气隙型自感传感器如果如果S0保持不变，则保持不变，则L为为 的单值的单值函数，可构成变气隙型自感传感器函数，可构成变气隙型自感传感器（一）自感式电感位移传感器（一）自感式电感位移传感器1.1.工作原理与结构工作原理与结构第10页，共58页，编辑于2022年，星期四 变面积型自感传感器变面积型自感传感器如果保持如果保持 不变，使不变，使S0随位移而变，随位移而变，则
7、可构成变面积型自感传感器；则可构成变面积型自感传感器；（一）自感式电感位移传感器（一）自感式电感位移传感器1.1.工作原理与结构工作原理与结构第11页，共58页，编辑于2022年，星期四 螺线管型自感传感器螺线管型自感传感器如果在线圈中放入圆柱形衔铁，当衔铁如果在线圈中放入圆柱形衔铁，当衔铁上下移动时，自感量将相应变化，就构成了螺线管型自感传感器。上下移动时，自感量将相应变化，就构成了螺线管型自感传感器。（一）自感式电感位移传感器（一）自感式电感位移传感器1.1.工作原理与结构工作原理与结构第12页，共58页，编辑于2022年，星期四输出特性：输出特性：L L与与之间是之间是非线性非线性关系，
8、关系，特性曲线如下图特性曲线如下图变气隙式电压传感器的L-特性变气隙型自感传感器变气隙型自感传感器第13页，共58页，编辑于2022年，星期四分析：分析：当衔铁处于初始位置时，初始电感量为 当衔铁上移时，传感器气隙减小，即=0，则此时输出电感为变气隙型自感传感器变气隙型自感传感器第14页，共58页，编辑于2022年，星期四当/01时：可求得电感增量L和相对增量L/L0的表达式，即 变气隙型自感传感器变气隙型自感传感器第15页，共58页，编辑于2022年，星期四对上式作线性处理，即忽略高次项后，可得 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线线性性度度差差，示示值值范范围围窄
9、窄（测测量量范范围围），自自由由行行程程小小，但但在在小小位位移移下下灵灵敏敏度度高高，因因此此变变隙隙式式电电感感式式传传感感器器适用于测量微小位移适用于测量微小位移的场合。的场合。为了减小非线形误差，实际中广泛采用差动变隙式电感传感器为了减小非线形误差，实际中广泛采用差动变隙式电感传感器第16页，共58页，编辑于2022年，星期四差动变隙式电感传感器差动变隙式电感传感器 1-铁芯；2-线圈；3-衔铁当衔铁向上移动时，两个线圈的电感变化量L1、L2 差动式电感传感器的结构要求是：差动式电感传感器的结构要求是：两个导磁体的几何尺寸完全相同，材料性能完全相同；两个导磁体的几何尺寸完全相同，材料性
10、能完全相同；两个线圈的电气参数（如电感、匝数、直流电阻、分布电容等）两个线圈的电气参数（如电感、匝数、直流电阻、分布电容等）和几何尺寸也完全相同。和几何尺寸也完全相同。第17页，共58页，编辑于2022年，星期四差动变隙式电感传感器差动变隙式电感传感器 当衔铁随被测量移动而偏离当衔铁随被测量移动而偏离中间位置时，两个线圈的电中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，感量一个增加，一个减小，形成差动形式。形成差动形式。假设衔铁上移，则总的电感变化量为：假设衔铁上移，则总的电感变化量为：第18页，共58页，编辑于2022年，星期四差动变隙式电感传感器差动变隙式电感传感器 为非差动式电感传感器
11、的两倍为非差动式电感传感器的两倍第19页，共58页，编辑于2022年，星期四图图3-4 3-4 差动自感传感器的输出特性示意图差动自感传感器的输出特性示意图n差动自感传感器的输出特性示意图如图所示。差动自感传感器的输出特性示意图如图所示。第20页，共58页，编辑于2022年，星期四差动式与单线圈相比优点：差动式与单线圈相比优点：线性度好；线性度好；灵灵敏敏度度提提高高一一倍倍，即即衔衔铁铁位位移移相相同同时时，输输出出信号大一倍；信号大一倍；温温度度变变化化、电电源源波波动动、外外界界干干扰扰等等对对传传感感器器精度的影响，由于能互相抵消而减小；精度的影响，由于能互相抵消而减小；电电磁磁吸吸力
12、力对对测测力力变变化化的的影影响响也也由由于于能能相相互互抵抵消消而减小。而减小。第21页，共58页，编辑于2022年，星期四气隙长度不变，铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变气隙长度不变，铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变气隙长度不变，铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变气隙长度不变，铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变化面而改变，从而导致线圈的电感量发生变化。化面而改变，从而导致线圈的电感量发生变化。化面而改变，从而导致线圈的电感量发生变化。化面而改变，从而导致线圈的电感量发生变化。灵敏度低，灵敏度低，灵敏度低，灵敏度低，线性较好，量程较大，使用比较广泛。线性较好，量程较大，使用
13、比较广泛。线性较好，量程较大，使用比较广泛。线性较好，量程较大，使用比较广泛。变面积型电感传感器变面积型电感传感器变面积型电感传感器变面积型电感传感器第22页，共58页，编辑于2022年，星期四螺管型电感传感器螺管型电感传感器螺管型电感传感器螺管型电感传感器衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈电感量也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度电感量也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度电感量
14、也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度电感量也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度有关。有关。有关。有关。灵敏度较低，量程大，结构简单易于制作和批量生产，是使用灵敏度较低，量程大，结构简单易于制作和批量生产，是使用灵敏度较低，量程大，结构简单易于制作和批量生产，是使用灵敏度较低，量程大，结构简单易于制作和批量生产，是使用最广泛的一种电感式传感器。最广泛的一种电感式传感器。最广泛的一种电感式传感器。最广泛的一种电感式传感器。第23页，共58页，编辑于2022年，星期四（1）损耗问题）损耗问题2.2.在改善电感位移传感器性能要考虑的因素在改善电感位移传感器性能要考虑的因素电
15、电感感线线圈圈、衔衔铁铁系系统统在在高高频频电电流流激激励励下下工工作作必必然然存存在在功功率率损损耗耗。主主要要损损耗耗有有：一一是是线线圈圈，除除具具有有电电感感L L外外，还还存存在在着着电电阻阻R Rc c和和分分布布电电容容C C，会会引引起起铜铜损损和和无无功功功功率率；二二是是铁铁心心，由由于于交交变变磁磁场场，使使铁铁心心中中产产生生涡涡流流，可可等等效效为为一一个个电电阻阻R Re e的的损损耗耗。另另外外铁铁心心中中还还存存在在磁磁滞滞现现象象，也也可可等等效效为为一一个个电电阻阻R Rh h造造成成的的损损耗耗，它它是是频频率率f f的的函函数。数。第24页，共58页，编
16、辑于2022年，星期四（2）气隙边缘效应的影响）气隙边缘效应的影响2.2.在改善电感位移传感器性能要考虑的因素在改善电感位移传感器性能要考虑的因素由由于于一一些些自自感感位位移移传传感感器器中中有有工工作作气气隙隙，而而使使磁磁路路磁磁通通在在此此处处周周围围有有散散失失和和弯弯曲曲，使使导导磁磁有有效效面面积积下下降降，输输出出特特性性有有所所变变化化，需需要加以修正。要加以修正。（3）温度误差）温度误差工工作作温温度度的的变变化化同同样样会会引引起起传传感感器器的的机机械械参参数数和和电电参参数数的的变变化化，从而形成温度误差，也需加以补偿。从而形成温度误差，也需加以补偿。第25页，共58
17、页，编辑于2022年，星期四（4）差动式电感位移传感器的零点剩余电压问题）差动式电感位移传感器的零点剩余电压问题2.2.在改善电感位移传感器性能要考虑的因素在改善电感位移传感器性能要考虑的因素由由于于制制造造中中的的各各种种因因素素，如如绕绕组组尺尺寸寸、所所选选材材料料和和安安装装等等，使使衔衔铁铁处处于于中中央央初初始始位位置置时时，两两路路感感生生电电压压的的幅幅值值或或相相位位不不等等，输输出出电电压压不不为为零零；或或是是在在调调整整时时，对对工工作作电电流流的的基基频频可可调调到到平平衡衡，但但对对高高次次谐谐波波难难以以调调到到平平衡衡，这这些些都都会会造造成成零零位位输输出出误
18、误差差。所所以以对对于于差差动动电电感感位位移移传传感感器器，要要求求在在制制造造中中无无论论实实在在机机械械上上，还还是是电电气气上上，都都应应两两路路对对称称，在在使使用用时时后后续续电电路路上上需需采采取取补补偿偿措施。措施。第26页，共58页，编辑于2022年，星期四 课堂练习第27页，共58页，编辑于2022年，星期四1 1、自感式位移传感器可分为变气隙型、变面积型和（、自感式位移传感器可分为变气隙型、变面积型和（）。）。螺线管型螺线管型2、改善电感式位移传感器的性能时需要考虑哪些因素、改善电感式位移传感器的性能时需要考虑哪些因素？（1 1）损耗问题）损耗问题电电感感线线圈圈、衔衔铁
19、铁系系统统在在高高频频电电流流激激励励下下工工作作必必然然存存在在功功率率损损耗耗。主主要要损耗有线圈和铁心。损耗有线圈和铁心。（2 2）气隙边缘效应的影响）气隙边缘效应的影响（3 3）温度误差）温度误差（4 4）差动式电感位移传感器的零点剩余电压问题）差动式电感位移传感器的零点剩余电压问题第28页，共58页，编辑于2022年，星期四 互互感感式式位位移移传传感感器器是是利利用用电电磁磁原原理理，将将被被测测位位移移量量的的变变化化转转换换为为线线圈圈互互感感系系数数的的变变化化，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，故故又又称称变变压压器器式位移传感器
20、。式位移传感器。（二）互感式位移传感器（二）互感式位移传感器差动变压器差动变压器第29页，共58页，编辑于2022年，星期四感应电动势：感应电动势：式中式中M互感系数（互感系数（H)M的大小与两线圈之间相对位置以及周围介质的导的大小与两线圈之间相对位置以及周围介质的导磁能力等因素有关。磁能力等因素有关。表明：表明：两线圈之间的耦合程度；两线圈之间的耦合程度；工作原理工作原理线圈线圈1 1为一次侧线圈，线圈为一次侧线圈，线圈2 2为二次侧线圈，当一次侧通过交流电流时，为二次侧线圈，当一次侧通过交流电流时，在二次侧上将产生感应电动势。当两者间的互感量变化时，感应电动在二次侧上将产生感应电动势。当两
21、者间的互感量变化时，感应电动势也相应变化。势也相应变化。（二）互感式位移传感器（二）互感式位移传感器差动变压器差动变压器第30页，共58页，编辑于2022年，星期四互互感感位位移移传传感感器器常常采采用用差差动动形形式式，即即两两个个二二次次线线圈圈采采用用差差动动接法，故又称为差动变压器式位移传感器。接法，故又称为差动变压器式位移传感器。差动变压器式位移传感器差动变压器式位移传感器差动变压器式位移传感器有变隙式、变面积式和螺管式等。差动变压器式位移传感器有变隙式、变面积式和螺管式等。非电量测量中，应用最多的是螺管式差动变压器，它可以测量范围非电量测量中，应用最多的是螺管式差动变压器，它可以测
22、量范围内的机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可内的机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点靠等优点（二）互感式位移传感器（二）互感式位移传感器差动变压器差动变压器第31页，共58页，编辑于2022年，星期四(e)、(f)变截面式差动变压器变截面式差动变压器(a)、(b)变间隙式差动变压器变间隙式差动变压器(c)、(d)螺线管式差动变压器螺线管式差动变压器第32页，共58页，编辑于2022年，星期四螺管式差动变压器位移传感器螺管式差动变压器位移传感器E1E2E0（二）互感式位移传感器（二）互感式位移传感器差动变压器差动变压器第33页，共58页，编辑于202
23、2年，星期四传感器主要由线圈、铁芯和活动衔传感器主要由线圈、铁芯和活动衔铁三部分组成。铁三部分组成。线圈包括一个初级线圈线圈包括一个初级线圈1 1和和2 2个次个次级线圈级线圈2,32,3组成，组成，两个次级线圈结构两个次级线圈结构参数完全相同，两个次级线圈参数完全相同，两个次级线圈2,32,3反极反极性串接。性串接。线圈中心插入导磁性极好的圆形铁心线圈中心插入导磁性极好的圆形铁心4.4.1.1.结构结构 （二）互感式位移传感器（二）互感式位移传感器差动变压器差动变压器螺管式差动变压器位移传感器螺管式差动变压器位移传感器第34页，共58页，编辑于2022年，星期四 当初级线圈输入交流激励电压时
24、，当初级线圈输入交流激励电压时，两个二次侧线圈将产生感应电动势两个二次侧线圈将产生感应电动势E1和和E2由于两个次级线圈反接，因此传由于两个次级线圈反接，因此传感器的输出电压为两者之差。感器的输出电压为两者之差。2.2.工作原理工作原理螺管式差动变压器位移传感器螺管式差动变压器位移传感器第35页，共58页，编辑于2022年，星期四 当铁心处于零位时，即中间对称位当铁心处于零位时，即中间对称位置时（铁心的原始平衡位置）置时（铁心的原始平衡位置）当铁心偏离零位向上移动时由于磁阻的影响，上面线圈中的当铁心偏离零位向上移动时由于磁阻的影响，上面线圈中的磁通将大于下面线圈中的磁通，所以磁通将大于下面线圈
25、中的磁通，所以 2.2.工作原理工作原理螺管式差动变压器位移传感器螺管式差动变压器位移传感器第36页，共58页，编辑于2022年，星期四 当铁心偏离零位向下移动时当铁心偏离零位向下移动时 2.2.工作原理工作原理螺管式差动变压器位移传感器螺管式差动变压器位移传感器第37页，共58页，编辑于2022年，星期四 差动变压器式传感器输出需要接相敏检波电路差动变压器式传感器输出需要接相敏检波电路当铁心偏离零位上下移动时，移动的当铁心偏离零位上下移动时，移动的距离和方向的信息，可以反映在二次侧线距离和方向的信息，可以反映在二次侧线圈输出电动势圈输出电动势E E0 0的幅值和相位中。的幅值和相位中。差动变
26、压器式传感器输出的电压是交流电压量，如用交流差动变压器式传感器输出的电压是交流电压量，如用交流电压表测量，则输出值只能反映铁心位移的大小，而不能反映电压表测量，则输出值只能反映铁心位移的大小，而不能反映移动的方向，因此需要将移动的方向，因此需要将E E0 0 进行放大和进行放大和相敏检波相敏检波才能得到被测位才能得到被测位移移x x的大小和方向。的大小和方向。2.2.工作原理工作原理螺管式差动变压器位移传感器螺管式差动变压器位移传感器第38页，共58页，编辑于2022年，星期四 交流电压输出存在一定的零点残余电压。交流电压输出存在一定的零点残余电压。交流电压输出存在一定的零点残余电压。交流电压
27、输出存在一定的零点残余电压。铁心处于零位时，很难做到铁心处于零位时，很难做到E E1 1与与E E2 2在幅值、相位、谐波成分上完全相在幅值、相位、谐波成分上完全相等，实际上等，实际上E E0 000，此时输出电压，此时输出电压E E0 0称为零点残余电压。零点残余称为零点残余电压。零点残余电压可能造成误差，使后级放大电路饱和。因此应设法消除和减电压可能造成误差，使后级放大电路饱和。因此应设法消除和减小零点残余电压小零点残余电压E E0 0产生零点残余电压的原因是由于两个次级线圈的结构不对称，以产生零点残余电压的原因是由于两个次级线圈的结构不对称，以及初级线圈铜损电阻的存在、铁磁材质不均匀、线
28、圈间分布电容等因及初级线圈铜损电阻的存在、铁磁材质不均匀、线圈间分布电容等因素形成的，因此后接电路采用相敏检波电路。这样既能反应铁心位移素形成的，因此后接电路采用相敏检波电路。这样既能反应铁心位移极性，又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路极性，又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路螺管式差动变压器位移传感器螺管式差动变压器位移传感器第39页，共58页，编辑于2022年，星期四差动变压器相敏检波电路差动变压器相敏检波电路（见（见P22，图，图2-18）移相器RP 当铁心处于中间位置时，调节电阻当铁心处于中间位置时，调节电阻Rp可以使零点残余电压减可以使零点残余电压减小。小。第40页，共58页，
29、编辑于2022年，星期四差动变压器式电感位移传感器的优点：差动变压器式电感位移传感器的优点：差动变压器式电感位移传感器测量精度高，分辨力可达差动变压器式电感位移传感器测量精度高，分辨力可达0.10.1m,m,线性范性范围大，有的能达到大，有的能达到250mm,250mm,稳定性好，使用方便。定性好，使用方便。这种种传感器广泛用于直感器广泛用于直线位移、角位移以及可位移、角位移以及可转换成位移的其他机成位移的其他机械量，如械量，如压力、重量、膨力、重量、膨胀等。等。第41页，共58页，编辑于2022年，星期四总结总结传感元传感元件或传件或传感器感器原始原始输入量输入量变换变换原理原理物理物理现象
30、现象能量能量关系关系输出量输出量差动差动变压器变压器式式位移位移电磁电磁感应感应结构型结构型控制型控制型互感互感系数系数第42页，共58页，编辑于2022年，星期四 课堂练习第43页，共58页，编辑于2022年，星期四1、利用差动变压器式位移传感器进行位移测量时，为辨别物、利用差动变压器式位移传感器进行位移测量时，为辨别物体的移动方向，处理电路中必须有的环节是（测一）体的移动方向，处理电路中必须有的环节是（测一）A.滤波滤波B.放大放大C.整流整流D.相敏检波相敏检波2、简述互感式位移传感器的优点。（模拟一）、简述互感式位移传感器的优点。（模拟一）第44页，共58页，编辑于2022年，星期四电
31、涡流式传感器的工作原理电涡流式传感器的工作原理 块状金属置于变化的磁场中或在磁场中运动时，金属体内都块状金属置于变化的磁场中或在磁场中运动时，金属体内都要产生感应电流，在金属体内自己闭合，所以称之为电涡流要产生感应电流，在金属体内自己闭合，所以称之为电涡流或涡流，这种现象称为涡流效应。或涡流，这种现象称为涡流效应。涡流式位移传感器是利用电涡流效应，将被测量的变化转换涡流式位移传感器是利用电涡流效应，将被测量的变化转换为传感器线圈阻抗为传感器线圈阻抗Z Z的变化的一种装置。的变化的一种装置。（三）涡流式位移传感器（三）涡流式位移传感器第45页，共58页，编辑于2022年，星期四涡流涡流 成块的金
32、属物体置于成块的金属物体置于变化着的磁场中，或者在磁变化着的磁场中，或者在磁场中运动时，在金属导体中场中运动时，在金属导体中会感应出一圈圈自相闭合的会感应出一圈圈自相闭合的电流，这就是涡流。电流，这就是涡流。高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 自感型自感型自感型自感型低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 互感型互感型互感型互感型根据激励频率不同分为根据激励频率不同分为根据激励频率不同分为根据激励频率不同分为第46页，共58页，编辑于2022年，星期四涡流的大小与金属体的电阻率涡流的大小与金属体的电阻率、磁
33、导率、磁导率、厚度、厚度t t以及线以及线圈与金属体的距离圈与金属体的距离x x、线圈的激励电流强度、线圈的激励电流强度i,i,角频率角频率等有等有关。如果固定其中某些参数，就能由电涡流的大小测量出另关。如果固定其中某些参数，就能由电涡流的大小测量出另外一些参数。外一些参数。涡流位移涡流位移传感器在金属体上产生的涡流，其渗透深度与传传感器在金属体上产生的涡流，其渗透深度与传感器线圈的激励电流的频率有关，所以涡流位移传感器主要感器线圈的激励电流的频率有关，所以涡流位移传感器主要分为高频反射和低频透射两类，前者应用较广泛。分为高频反射和低频透射两类，前者应用较广泛。（三）涡流式位移传感器（三）涡流
34、式位移传感器通常把涡流密度减少到离开表面通常把涡流密度减少到离开表面1/e1/e处（处（e=2.172e=2.172）的深度叫做）的深度叫做标准渗透深度。它大约是电涡流密度减少到标准渗透深度。它大约是电涡流密度减少到36.8%36.8%处的深度，处的深度，用用来表示。来表示。第47页，共58页，编辑于2022年，星期四Z=F(x)涡流式位移传感器就是根据上述原理制成的涡流式位移传感器就是根据上述原理制成的当电源频率当电源频率f f、线圈激励电流强度、线圈激励电流强度I I、线圈尺寸参数、金属导、线圈尺寸参数、金属导体的电阻率体的电阻率等参数一定时，等参数一定时，Z Z是位移是位移x x的单值函
35、数。的单值函数。（三）涡流式位移传感器（三）涡流式位移传感器第48页，共58页，编辑于2022年，星期四一、高频反射式涡流传感器一、高频反射式涡流传感器 线圈上通交变高频电流线圈上通交变高频电流线圈产生高频交变磁场线圈产生高频交变磁场产生高频交变涡流产生高频交变涡流涡流产生反磁场涡流产生反磁场阻碍线圈电流交换作用阻碍线圈电流交换作用L的等效阻抗的改变的等效阻抗的改变第49页，共58页，编辑于2022年，星期四一、高频反射式涡流传感器一、高频反射式涡流传感器 线圈上通交变高频电流线圈上通交变高频电流线圈产生高频交变磁场线圈产生高频交变磁场产生高频交变涡流产生高频交变涡流涡流产生反磁场涡流产生反磁
36、场阻碍线圈电流交换作用阻碍线圈电流交换作用L的等效阻抗的改变的等效阻抗的改变第50页，共58页，编辑于2022年，星期四 这种传感器采用低频激励，这种传感器采用低频激励，因而有较大的贯穿深度，适合因而有较大的贯穿深度，适合于测量金属材料的厚度。于测量金属材料的厚度。传感器包括发射线圈和接传感器包括发射线圈和接收线圈，并分别位于被测材料收线圈，并分别位于被测材料上、下方。由振荡器产生的低上、下方。由振荡器产生的低频电压频电压u1加到发射线圈加到发射线圈L1两端，两端，于是在接收线圈于是在接收线圈L2两端将产生两端将产生感应电压感应电压u2，它的大小与，它的大小与u1的的幅值、频率以及两个线圈的匝
37、幅值、频率以及两个线圈的匝数、结构和两者的相对位置有数、结构和两者的相对位置有关。关。二、低频透射式涡流传感器二、低频透射式涡流传感器 第51页，共58页，编辑于2022年，星期四若两线圈间无金属导体，则若两线圈间无金属导体，则L2L2的磁的磁力能较多穿过力能较多穿过L2L2，在，在L2L2上产生的感应电上产生的感应电压压u2u2最大。最大。若两线圈间设置一个金属板，由若两线圈间设置一个金属板，由于在金属板内产生电涡流，该电涡流于在金属板内产生电涡流，该电涡流消耗了部分能量，使到达线圈消耗了部分能量，使到达线圈L2L2的磁的磁力线减小，从而引起力线减小，从而引起u2u2的下降。的下降。金属板厚
38、度越大，电涡流损耗越金属板厚度越大，电涡流损耗越大，大，u2u2就越小。图中可见就越小。图中可见u2u2的大小的大小间接反映了金属板的厚度。间接反映了金属板的厚度。二、低频透射式涡流传感器二、低频透射式涡流传感器 第52页，共58页，编辑于2022年，星期四二、低频透射式涡流传感器二、低频透射式涡流传感器 第53页，共58页，编辑于2022年，星期四 涡流传感器结构简单，涡流传感器结构简单，使用方便，不受油液等介质使用方便，不受油液等介质的影响；的影响；易于进行动态非接触测量，灵敏度高，应用广易于进行动态非接触测量，灵敏度高，应用广泛，可测量位移、厚度、振动等泛，可测量位移、厚度、振动等（三）
39、涡流式位移传感器（三）涡流式位移传感器电涡流传感器电涡流传感器电涡流传感器电涡流传感器第54页，共58页，编辑于2022年，星期四（三）涡流式位移传感器（三）涡流式位移传感器第55页，共58页，编辑于2022年，星期四总结总结传感元件传感元件或传感器或传感器原始原始输入量输入量变换变换原理原理物理物理现象现象能量能量关系关系输出量输出量涡流式涡流式位移位移涡流涡流效应效应结构型结构型控制型控制型涡流涡流第56页，共58页，编辑于2022年，星期四课堂练习课堂练习第57页，共58页，编辑于2022年，星期四1、涡流式位移传感器是利用、涡流式位移传感器是利用（电涡流效应电涡流效应 ）将被测量的将被测量的变化转换为线圈阻抗的变化的一种装置。变化转换为线圈阻抗的变化的一种装置。电涡流传感器是利用电涡流效应，将位移、电涡流传感器是利用电涡流效应，将位移、温度等非电量转换为阻抗的变化或电感的变化温度等非电量转换为阻抗的变化或电感的变化从而进行非电量电测的。从而进行非电量电测的。第58页，共58页，编辑于2022年，星期四