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第4章 电容式、电感式和磁电式传感器 §4-2 电感式传感器 § 4-2-1变磁阻式传感器 电感可以表示为 L=N Φ/ I N是电路中的匝数， Φ是磁通，I是电路中的电流。 磁通Φ与磁通势Fm和磁阻R是的关系如下： Φ = Fm/R 由于Fm=N I , 所以 L = N2/R 对于具有截面A和长度l远大于横向尺寸的线圈， R由下式表示： μr截是线圈磁心的磁导率，l0导通过空气的磁力线路径，A0是该路径的面积。 磁阻的一般方程为 图4.9所示磁路的总磁阻为 μ改变----可变磁隙缝传感器 l0改变----动心式传感器 限制因素 可能受到外部磁场干扰，需屏蔽 L和R在测量区域边缘不再均匀，受到边缘效应影响很大，对外磁场干扰较强。 L ∝1/ R，L ∝ μ 需交流激励，只测量振幅不够。 最高工作温度限制在居里温度以下。 优点 不受环境湿度或其他污染影响 常用的变磁阻方式： 1） 滑动触点改变线圈匝数 常用的变磁阻方式： 2）借助磁心位移改变电感量 常用的变磁阻方式： 3）借助磁隙变化改变电感量 变磁阻应用 将任何量转换位位移量后，都可以用变磁阻式传感器测量 例1： 借助膜片位移测量压力 变磁阻应用 例2： 用于非铁磁性材料的厚度测量，如汽车油漆厚度测量。 § 4-2-2电涡流式传感器 原理 在通有交流电的线圈中放入非导磁性物质?感抗减小 原因是在目标材料中的感应涡流，形成二次磁场，产生相反的电压 目标的厚度应大于涡流的穿透深度δ。对于铝大约为0.1mm(1Mhz) 线圈阻抗与目标的距离呈指数函数关系。同时受材料导磁率μ和电导率σ及工作励磁频率 f 的影响。 优点 工作时无需任何磁性材料。可以用于高温材料(600℃) 不受非导磁材料的影响，如油、灰尘、水、蒸气。 机械负荷比磁阻式小。 无磨损，可靠性高。 可设计工作在腐蚀性环境或易爆区环境下。 § 4-2-2电涡流式传感器 上图为两种典型的位移测量产品 典型测量范围0.5~60mm,精度0.1um。 精密测量范围0.05mm 宽测量范围630mm 电涡流式传感器的应用 测量位移、位置、加速度、接近开关 … 适用于旋转机械轴振动、轴向位移、偏心、胀差、转速、轴心轨迹、表面不平度，转角、差动等物理量进行在线监测，还可用于磨床精密定位，非导电村料厚度测量，金属元件计数，它与汽轮发电机监控仪表配套使用，可监视汽轮发电机工作状态和测量振动、温度、转速等数十种参数，其主要技术指标达到国外同类产品水平。 S2200系列传感器(振动、位移) S2200系列传感器验收标准 （本规范符合美国石油协会API670标准） ●极限工作环境的基本要求： 探头在-20℃～180℃，延伸电缆在-30℃～120℃，前置器在-30℃～100℃；相对湿度95%环境中，长期工作不损坏。 ●在室温22℃，被测体材料40CrMoA ,电源-24V，负载10KΩ条件下，系统满足： ○频率响应DC～10kHz ○互换性误差±5%；（含线性、灵敏度） ○其它参数表： 注：输出纹波≤5mV § 4-2-3线性差动变压器式传感器（LVDT） 1基本原理 初级L1通交流电 当磁心在中间时，次级L2和L2’的感应电压幅度相等方向相反，串接输出电压e0为0。 当偏离中心时，次级L2和L2’的感应电压一个升高，而一个下降，变化幅度相同，方向相反。 § 4-2-3线性差动变压器式传感器（LVDT） 2限制因素 中心位置电压不为零，而是一个最小值，一般1%FSO。 输出存在谐波分量，特别是在零点附近。磁性材料饱和会引起三次谐波，可加低通滤波器消除。 温度会改变线圈电阻，温度升高导致电阻增加，电流下降，最后用交流恒流源激励。 3优点 理论上分辨率无限大，实际优于0.1%。 磁心与绕组间无摩擦，有几乎无限长的寿命和高可靠性，无故障时间可达2X106小时。 初级和次级线圈之间电绝缘，允许使用不同的地，消除了地回路干扰。 另外，具有高重复性，高线性度（0.05%)、高灵敏度、宽动态范围。 4制造工艺 绕组：中间缠绕初级绕组，然后对称缠绕两个次级绕组，用防水涂层保护。 铁心：沿纵向分层的铁镍合金，拉杆为非磁性材料。 整个器件用磁屏蔽包围起来。 § 4-2-3线性差动变压器式传感器（LVDT） 5应用实例 测量范围：0.1mm~250mm。 典型供电电压：1V~24V。 供电频率范围：50Hz~20kHz 分辨率：可达0.0001mm 主要用于测量位移和位置。 § 4-2