3 电感式传感器 WL.ppt

* 差动变压器式位移传感器 3.2.5 变压器式传感器的应用举例 1测头；2轴套；3测杆；4衔铁； 5线圈架；6弹簧；8屏蔽筒； 9圆片弹簧；10防尘罩 差动变压器式测力装置 弹性元件是簿壁圆筒，在外力F 作用下，变形使差动变压器的铁心产生微位移，变压器次级产生相应电信号。 为了减小横向力或偏心力的影响，传感器的高径比应较小。 图3-25 微压传感器 2膜盒； 5差分变压器； 6衔铁 图3-26 加速度传感器 案例：板厚测量 ~ 案例：张力测量 3.3.1 工作原理 图3-27 涡流式传感器原理图 3.3 涡流式传感器 L Z Q 当金属板置于变化磁场中或在磁场中运动时，金属板中产生感应电流，这种电流在金属板体内是闭合的，称为涡流(Eddy Current)。 若x一定，变化?或?可实现材质鉴别或无损探伤。 集肤效应（趋肤效应） 涡流在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面。 电涡流在金属导体内的渗透深度为： 频率f 越高，电涡流的渗透深度h越浅，集肤效应越严重。故涡流传感器可分为高频反射式和低频透射式。 h渗透深度，cm； ρ金属导体的电阻率，Ω·cm； μ相对磁导率； f 激励源频率，Hz 3.3.2 转换电路 涡流传感器把被测量的变化转换成传感器线圈的品质因数Q、等效阻抗Z 和等效电感L的变化。转换电路的任务是把这些参数转换为电压或电流输出。 利用阻抗Z 的转换电路一般用电桥桥路，它属于调幅电路。 利用电感L的转换电路一般用谐振电路，可分为调幅电路和调频电路。 一、电桥电路 图3-28 涡流式传感器电桥电路 图3-29 谐振调幅电路 二、谐振调幅电路 图3-30 谐振调幅电路特性 图3-31 调频电路原理图 三、谐振调频电路 3.3.3 涡流式传感器的特点及应用 涡流式传感器的特点是结构简单、易于进行非接触的连续测量，灵敏度较高，适用性强。 图3-32 低频透射涡流测厚仪原理 图3-33 不同频率下的e=f(h)曲线 表面裂缝检测 径向振动测量 轴心轨迹测量 转速测量 案例： 无损探伤 原理 裂纹检测，缺陷造成涡流变化。 火车轮检测 油管检测 案例： 零件计数 3.4.1 工作原理 某些铁磁物质在机械力的作用下，其内部产生机械应力，从而引起磁导率的变化，这种现象称为“压磁效应”。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生变形，这种现象称为“磁致伸缩”。 3.4 压磁式传感器 3.4.2 结构形式 一、利用一个方向磁导率的变化 二、利用两个方向上磁导率的改变 三、维捷曼效应 2002/12总结 * * 第3章 电感式传感器 把被测量的变化转换为线圈自感或互感的变化。可以测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等物理量。 核心部分是可变自感或可变互感，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象，把被测量转换成线圈自感或互感的变化。 主要特征是具有线圈绕组。 自感原理：自感式传感器 互感原理：变压器式传感器、感应同步器 涡流效应：涡流式传感器 压磁效应：压磁式传感器 3.1.1 工作原理 电感与线圈匝数W 的平方成正比；与空气隙有效截面积S0成正比；与空气隙长度l0所反比。 3.1 自感式传感器 衔铁 固定铁心 线圈 图3-2 截面型自感传感器 图3-3 差动自感传感器 3.1.2 灵敏度与线性度 截面型自感传感器是线性的； 气隙型自感传感器是非线性的。 线性度 从提高灵敏度的角度看，初始空气隙 l0 应尽量小→测量范围变小，灵敏度的非线性也将增加。 如采用增大气隙等效截面积和增加线圈匝数的方法来提高灵敏度，则传感器的几何尺寸和重量必将增大。 以上矛盾在设计传感器时应适当考虑。 变气隙型自感传感器的灵敏度 差动式气隙型自感传感器的灵敏度 与单极式相比，灵敏度提高了一倍，非线性大大减小。 3.1.3 等效电路 从电路角度看，自感式传感器并非纯电感。 有功电阻Rq：线圈的铜损耗＋铁芯的涡流及磁滞损耗。 无功阻抗：电感＋绕组间的分布电容C。 电感线圈等效电路 3.1.4 转换电路 自感式传感器把被测量的变化转变为电感量的变化。为了测出电感量的变化，同时也为了送入下级电路进行放大和处理，需要用转换电路把电感变化转换成电压/电流的变化（幅值、频率、相位的变化）。 转换电路 调幅电路 调频电路 调相电路 一、调幅电路 1、交流电桥 空载时，交流电桥的开路输出电压为： 接入负载时，交流电桥的输出电压为： 电阻平衡臂电桥 忽