4.3电感式传感器.ppt

* 4.3 电感式传感器 (Inductance Transducer) 基于电磁感应原理，把被测量转化为 电感量的一种装置。 电感式传感器 互感型（差动变压器式） 按照变换方式的不同可分为： 自感型（包括可变磁阻式与涡流式） 电感式传感器 自感型 可变磁阻式 涡流式 互感型 电感式传感器(2/20) 由电工学可知，线圈自感量： i — 线圈中流过的电流。 ? — 通过线圈的磁通量。 i x 1 2 3 L 0 1—线圈；2—铁心；3—衔铁 式中：N — 线圈匝数； 可变磁阻式传感器由线圈、铁心和衔铁组成，在铁心与衔铁之间存在气隙?。当线圈通以电流i时，产生磁通，其大小与电流成正比。 1. 自感型--可变磁阻式传感器 根据磁路欧姆定律： 由这两式得： 电感式传感器(3/20) 式中： Rm — 磁路的总磁阻 Rm= RF + R? ，其中RF为 铁心与衔铁的磁阻，R?为空气隙磁阻。 电感式传感器(4/20) 式中：l1、l2 — 铁心和衔铁的导磁长度； ?1、?2 —铁心和衔铁的磁导率； A1、A2 —铁心和衔铁的导磁截面积； ? —气隙长度； ?0 —空气磁导率，?0=4??10-7 H·m-1 ； A0 —气隙导磁截面积。 若不考虑磁路的铁损，且空气隙?较小时： 一般，?1和?2远远大于?0，即：RF R? ，因此， 电感式传感器(5/20) ? 自感L与气隙厚度?成反比，与气隙导磁截面积A0成正比。 结论： 当固定A0，变化? 时，L 与 ? 成非线性关系 当固定? ，变化A0时，L 与 A0成非线性关系 可变导磁面积式 差动式 可变气隙厚度式 电感式传感器(6/20) （1）可变气隙厚度式电感传感器 当固定A0，变化? 时，L 与 ? 成 非线性关系，传感器灵敏度为： 为了减小非线性误差，??/?0 ≤0.1。变气隙长度式传感器适用于微小位移的测量，范围为0.001~1 mm。 传感器灵敏度与气隙长度的平方成反比。 结论： 电感式传感器(7/20) 特点：线性，灵敏度低。 ~ x （2）可变气隙面积式电感传感器 当固定? ，变化A0时，L 与 A0成线性关系，传感器灵敏度为： （3）差动变气隙式电感传感器 特点：提高灵敏度，改善线性特性。 ~ x 对于差动式传感器，当共用衔铁移动时，两线圈的间隙按?0???、?0+??变化，即一个线圈自感增加，另一个减小。 电感式传感器(8/20) 当金属板置于变化磁场中或在磁场中运动时，在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。 涡流的大小与金属板的电阻率、磁导率、厚度以及金属板与线圈距离、激励电流、角频率等参数有关。 涡流式传感器分为高频反射式涡流传感器和低频透射式传感器。 金属板 i i1 2. 自感型--涡流式传感器 M L2 L1 us u2 l 电感式传感器(9/20) 金属板置于线圈附近，相互间距为? 。高频交变电流i - 磁通? —“旋涡状”闭合感应电流 i1 （涡电流或涡流）— 交变磁通?1 — 反作用于线圈。 根据楞次定律，涡流的交变磁场变化方向与线圈磁场变化方向相反，?1总是抵抗?的变化，从而导致原线圈等效阻抗发生变化。 金属板 i i1 1）高频反射式涡流传感器 电感式传感器(10/20) 2）低频透射式涡流传感器 L1 和L2分别为发射线圈和接收线圈。 L1通低频（音频）交流电流。 在L2中产生感应电压u2 。 金属板产生的涡流消耗了一部分磁场能量，使u2有所降低，板越厚，u2越低。 M L2 L1 us u2 l 原线圈的等效阻抗Z变化： 电感式传感器(11/20) 电感式传感器(12/20) 金属板置于线圈附近，相互间距为? 。高频交变电流i - 磁通? —“旋涡状”闭合感应电流 i1 （涡电流或涡流）— 交变磁通?1 — 反作用于线圈。 根据楞次定律，涡流的交变磁场变化方向与线圈磁场变化方向相反，?1总是抵抗?的变化，从而导致原线圈等效阻抗发生变化。 工作原理 通常线圈尺寸、激励电流i及其频率?一定，若金属板材料一定，变化?可以用来测量位移、振动等参量。若?一定，变化?或?可实现材质鉴别或无损探伤。 等效阻抗的变化程度与线圈尺寸、距离?、金属板电阻率?和磁导率?、线圈激励电流 i 及其频率?有关。 电感式传感器(13/20) 表面裂缝检测 径向振动测量 轴心轨迹测量 转速测量 案例：连续油管的椭圆度测量 Coiled Tube Eddy Sensor Reference Circl