第三章 电感式.ppt

2. 电涡流式传感器的特性 3.3 涡流式传感器及其应用 （1）电涡流的径向形成范围 线圈—导体系统产生的电涡流密度既是线圈与导体间距离 x 的函数，又是沿线圈半径方向 r 的函数。当 x 一定时，有： 1) 电涡流径向形成的范围大约在传感器线圈外径 ras的1.8 ~ 2.5倍范围内，且分布不均匀。 2) 电涡流密度在短路环半径 r = 0 处为零。 3) 电涡流的最大值在r =ras 附近的一个狭窄区域内。 4）可以用一个平均半径为ras的短路环来集中表示分散的电涡流(图中阴影部分)。 图3-25 电涡流密度J与半径r的关系曲线 2. 电涡流式传感器的特性 3.3 涡流式传感器及其应用 （2）电涡流强度与距离的关系 当 x 改变时，电涡流密度发生变化，即电涡流强度随距离x 的变化而变化。根据线圈—导体系统的电磁作用，可以得到金属导体表面的电涡流强度为 I1-为线圈激励电流； I2 -为金属导体中等效电流； x -为线圈到金属导体表面距离； ras-为线圈外径。 图3-26 电涡流强度与距离归一化曲线 2. 电涡流式传感器的特性 3.3 涡流式传感器及其应用 图3-26 电涡流强度与距离归一化曲线 分析： 1) 电涡强度与距离 x 呈非线性关系，且随着x/ras 的增加而迅速减小。 2) 当利用电涡流式传感器测量位移时，只有在x/ras1 (一般取0.05~0.15) 的范围，才能得到较好的线性度和较高的灵敏度。 （2）电涡流强度与距离的关系 2. 电涡流式传感器的特性 3.3 涡流式传感器及其应用 （2）电涡流的轴向贯穿深度 由于趋肤效应，电涡流沿金属导体纵向的 分布是不均匀的，其分布按指数规律衰减，可用下式表示 d 为金属导体中某一点至表面的距离；Jd为沿H1轴向 d 处的电涡流密度； J0为金属导体表面电涡流密度，即电涡流密度最大值； h为电涡流轴向贯穿深度 (趋肤深度)。 显然磁场变化频率越高，涡流的集肤效应越显著，即涡流穿透深度越小。其穿透深度h 可表示为 ρ为导体电阻率；μr 为导体相对磁导率； f 为交变磁场频率。 涡流穿透深度 h 和激励电流频率 f 有关。 3.3 涡流式传感器及其应用 2. 涡流式传感器的测量电路 （1）电桥电路 静态时电桥平衡，桥路输出 。 工作时，电涡流效应等效电感 L 变化，测量电桥失去平衡， 。 经线性放大后，送检波器，输出直流电压U。 3.3 涡流式传感器及其应用 2. 涡流式传感器的测量电路 （3）调频式 (FM) 电路 （2）调幅式 (AM) 电路 传感器与检测技术 天津工业大学电气工程与自动化学院 主讲 王红一 内容回顾（一） 电阻应变式传感器 内容回顾（二） 电容式传感器 电容式传感器的分类 变极距型 变面积型 变介质型 单一变极距型 差动变极距型 平板式直线位移 圆柱式直线位移 角位移式 内容回顾（二） （1）紧耦合电 感电桥 电容式传感器的测量电路 （3）变压器式交流电桥 （2）二极管双T形交流电桥 （4）运算放大器电路 第三章 电感式传感器 3. 1 自感式传感器及其应用 3. 2 互感式传感器及其应用 3. 3 涡流式传感器及其应用 第三章 电感式传感器 电感式传感器（inductance type transducer）是利用电磁感应原理，将被测非电量，如位移、压力、振动、流量等，转换为线圈自感系数 L或互感系数M 的变化，然后经测量电路转换为相应的电压或电流输出，实现非电量到电量的变化。 电感式传感器与其它传感器相比，具有结构简单、工作可靠、测量精度高、零点漂移少、线性度好、输出功率较大等优点，其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约，传感器自身频率较低，不适用于快速动态测量。 根据转换方式的不同，电感式传感器可以分为自感型和互感型两大类；根据结构的不同可以分为变磁阻型、变压器型（互感型）和涡流型三种。 第三章 电感式传感器 电感线圈 3. 1 自感式传感器及其应用 第三章 电感式传感器 自感式传感器是利用自感量随气隙变化而改变的原理制成的，主要用来测量位移。自感式传感器按照结构可分为气隙式和螺管式两种。 1. 气隙式自感传感器 1—线圈 2—铁心 3—衔铁 图3-1 气隙式传感器的结构 线圈中的电感为： N：线圈匝数； RM磁路中的总磁阻，1/H 3.1 自感式传感器及其应用 磁路总磁阻为： 为铁心材料的导磁率； 为衔铁材料的导