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1、传感器与测试技术第6章 电感式传感器第二篇第二篇 常用传感器的原理及应用常用传感器的原理及应用1.1.掌握三种电感式传感器工作原理及结构性能掌握三种电感式传感器工作原理及结构性能 2.2.掌握其测量电路掌握其测量电路3.3.了解电感式传感器的应用了解电感式传感器的应用第第6章章 电感式传感器电感式传感器传感器与测试技术第6章 电感式传感器6.2 互感式电感传感器互感式电感传感器 互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测量转换成线圈互感的变化。现象，将被测量转换成线圈互感的变化。由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称由于常采用两个次级
2、线圈组成差动式，故又称差差动变压器式传感器动变压器式传感器。实际中多采用。实际中多采用螺管线圈型差动变螺管线圈型差动变压器。压器。WW1W2x传感器与测试技术第6章 电感式传感器1 1、工作原理、工作原理 传感器与测试技术第6章 电感式传感器 传感器输出电压反映了位移的大小及方向，但因传感器输出电压反映了位移的大小及方向，但因为交流信号，只有接入相应电路（为交流信号，只有接入相应电路（相敏检波、差动相敏检波、差动整流等整流等），才能提取出这两种信息。），才能提取出这两种信息。传感器输出存在一定的传感器输出存在一定的零点残余电压零点残余电压，即衔铁，即衔铁位于中间位置时输出不为零。因此，其后接电
3、路位于中间位置时输出不为零。因此，其后接电路应采用既能反映铁芯位移大小及极性，又能补偿应采用既能反映铁芯位移大小及极性，又能补偿零点残余电压的零点残余电压的差动直流输出电路差动直流输出电路。2 2、测量电路、测量电路 传感器与测试技术第6章 电感式传感器全波差动整流电路及波形图全波差动整流电路及波形图传感器与测试技术第6章 电感式传感器差动相敏检波电路差动相敏检波电路图中的图中的R R用于调节零点残余电压的大小。用于调节零点残余电压的大小。传感器与测试技术第6章 电感式传感器差动变压器式传感器差动变压器式传感器特点特点：精度高精度高(0.1(0.1 m m 数量级，最高可达数量级，最高可达0.
4、010.01 m)m)，高高精度型非线性误差可达精度型非线性误差可达0.1%0.1%线性范围大（可达线性范围大（可达 100100mmmm）稳定性好，结构简单，使用方便稳定性好，结构简单，使用方便 因包含机械结构，频率响应较低，不宜测量高频因包含机械结构，频率响应较低，不宜测量高频动态参量。动态参量。广泛应用于直线位移，或能转换为位移变化的压广泛应用于直线位移，或能转换为位移变化的压力、重量等参数的测量。力、重量等参数的测量。传感器与测试技术第6章 电感式传感器差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器传感器与测试技术第6章 电感式传感器6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 1 1、工作原理、工
5、作原理:电涡流效应电涡流效应金属导体金属导体涡电流涡电流i线圈线圈涡流式电感传感器可分为高频反射式和低频透射式两类涡流式电感传感器可分为高频反射式和低频透射式两类 传感器与测试技术第6章 电感式传感器传感器线圈的等效阻抗传感器线圈的等效阻抗Z Z变化：变化：若改变距离若改变距离x x，可将位移变化转换为线圈自感变化，可将位移变化转换为线圈自感变化，通过测量电路变为电压输出；若通过测量电路变为电压输出；若()()改变，可进行探改变，可进行探伤或材质鉴别等伤或材质鉴别等。传感器与测试技术第6章 电感式传感器高频反射式电涡流式传感器：高频反射式电涡流式传感器：高频高频(lMHz)lMHz)激励电流激
6、励电流高频反射式涡流传高频反射式涡流传感器多用于位移及感器多用于位移及与位移相关的厚度、与位移相关的厚度、振动等测量。振动等测量。传感器与测试技术第6章 电感式传感器低频透射式电涡流式传感器：低频透射式电涡流式传感器：低频透射式涡流传低频透射式涡流传感器多用于测定材感器多用于测定材料厚度。料厚度。音频音频(20kHz)激励电流激励电流传感器与测试技术第6章 电感式传感器原理简化模型原理简化模型：线圈与被测导体等效为相互耦合的线圈与被测导体等效为相互耦合的两个线圈。两个线圈。电涡流式传感器的基本特性：电涡流式传感器的基本特性：传感器与测试技术第6章 电感式传感器u基本特性基本特性涡流形成范围涡流
7、形成范围:径向为线圈外径的径向为线圈外径的1.81.82.52.5倍，倍，且分布不均匀；涡流贯穿深度有限，深度一般且分布不均匀；涡流贯穿深度有限，深度一般可用经验公式求得可用经验公式求得涡流强度与涡流强度与x x的关系：非线性特性，的关系：非线性特性，x/Rx/R1 1可可改善线性，提高灵敏度。改善线性，提高灵敏度。一般要求，被测金属的最小尺寸大于传感器线圈直一般要求，被测金属的最小尺寸大于传感器线圈直径的径的2 2倍；被测物为圆柱体时，其直径要求大于线圈倍；被测物为圆柱体时，其直径要求大于线圈直径的直径的3.53.5倍。倍。传感器与测试技术第6章 电感式传感器2 2、测量电路：、测量电路：谐
8、振电路谐振电路 传感器线圈传感器线圈L L与电容与电容C C 共同组成并联谐振回路，谐共同组成并联谐振回路，谐振频率为：振频率为：线圈等效电感改变，必然导致回路阻抗或谐振频率变线圈等效电感改变，必然导致回路阻抗或谐振频率变化，化，从而从而可间接测量被测参数，对应测量电路：可间接测量被测参数，对应测量电路：调幅电路调幅电路调频电路调频电路传感器与测试技术第6章 电感式传感器调幅电路调幅电路传感器由振荡器提供高频电源，当传感器谐振频率传感器由振荡器提供高频电源，当传感器谐振频率与电源频率相同时，输出电压与电源频率相同时，输出电压u u最大。最大。传感器与测试技术第6章 电感式传感器测量时，传感器等
9、效电感随测量时，传感器等效电感随x x而改变，而改变，LCLC回路失谐，回路失谐，输出信号频率虽仍为电源频率，但幅值随输出信号频率虽仍为电源频率，但幅值随x x变化，即变化，即x x对输出信号存在调幅作用。对输出信号存在调幅作用。传感器与测试技术第6章 电感式传感器调频电路调频电路 以以LCLC振荡回路的谐振频率作为输出量振荡回路的谐振频率作为输出量。鉴频器：将调频信号转换为电压信号输出。鉴频器：将调频信号转换为电压信号输出。传感器与测试技术第6章 电感式传感器电涡流式传感器的特点电涡流式传感器的特点 非接触测量，抗干扰能力强非接触测量，抗干扰能力强 灵敏度高灵敏度高 分辨力高，位移检测范围：
10、分辨力高，位移检测范围：1 1mmmm 1010mmmm，最高分辨率可达最高分辨率可达0.1%0.1%。结构简单，使用方便，不受油液等介质影响结构简单，使用方便，不受油液等介质影响 传感器与测试技术第6章 电感式传感器6.4 电感式传感器的应用电感式传感器的应用 电感式接近传感器（接近开关）电感式接近传感器（接近开关）传感器与测试技术第6章 电感式传感器传感器与测试技术第6章 电感式传感器 互感式传感器测量板材厚度互感式传感器测量板材厚度传感器与测试技术第6章 电感式传感器电涡流传感器电涡流传感器传感器与测试技术第6章 电感式传感器电涡流式传感器典型应用电涡流式传感器典型应用传感器与测试技术第6章 电感式传感器无损探伤无损探伤传感器与测试技术第6章 电感式传感器火车轮检测火车轮检测传感器与测试技术第6章 电感式传感器本章小结：本章小结：1.1.三种类型电感式传感器的工作原理、结构特点三种类型电感式传感器的工作原理、结构特点 2.2.测量电路（测量电路（重点：交流电桥的调幅作用重点：交流电桥的调幅作用）3.3.传感器的应用传感器的应用