[工学]43 电感式传感器.ppt

4.3.3.1 高频反射涡流传感器 高频反射涡流传感器是一只固定在框架上的扁平线圈。 图 4-45 高频反射电涡流传感器原理 当没有测量体接近时，传感器的线圈由于高频电流 的激励，将产生一个高频交变磁场 。 当被测导电体靠近传感器时，根据电磁感应定律，在被测导电体的表面将产生与交变磁场相交链的电涡流（涡流作用范围一般为线圈外径的1.4倍），此涡流又将产生一磁场 ，而 总是抵抗 的存在。被测导体靠近通有高频电流的传感器时，除存在涡流效应外，还存在磁效应，结果改变了传感器的电参数，使线圈的Q值下降。 传感器工作的等效电路见图4-46。 图4-46 电涡流传感器的等效电路 图4-47 谐振特性曲线 图4-48 传感器输出特性曲线 4.3.3.2 低频透射传感器 低频透射式电涡流传感器采用低频激励，因而能得到较大的贯穿深度，用于测量金属的厚度。 图4-49 低频透射式电涡流传感器原理 图4-50 不同激磁频率的 关系曲线 4.3.3.3 测量电路 根据电涡流传感器原理，被测参数变化可以转换成传感器线圈的Q值、等效阻抗 和等效电感 的变化，利用测量电路把这些参数转换为电量输出。其测量电路可采用谐振测量电路，也可采用电桥电路。谐振测量电路根据其输出是电压的幅值还是频率，又可分为调幅和调频两种。 1.桥式测量电路 为了提高稳定性和灵敏度，对差动式传感器可采用桥式测量电路，电路原理见图4-51。 图4-51 桥式测量电路 2.谐振幅值测量电路 见图4-52。传感器线圈 和固定电容 组成并联谐振回路，由石英晶体振荡器提供频率（1MHz）稳定的高频激励电流，在无被测导体时，使电路的 谐振回路谐振频率为： 图4-52 谐振幅值测量电路 3.调频测量电路 测量电路见4-53。传感器线圈 作为一个电感元件接入振荡器中。该测量电路由两大部分组成，即电容三点式振荡器和射极输出器。电容三点式振荡器产生高频正弦波，其频率随传感器线圈 的变化而变化，该频率信号通过 耦合到射极输出器，再由频率计测量输出频率的大小。 图4-53 调频测量电路 4.3.3.4 电涡流传感器的应用实例 1.厚度测量 利用电涡流传感器无接触地测量金属板的厚度的原理见图4-54。被测金属板的厚度为： 图4-54 电涡流传感器测量厚度实例 2.转速测量 在旋转体的轴上刚性连接上开有n个槽或齿轮的金属调制盘，在旁边安装电涡流传感器。当旋转体转动时，金属调制盘与传感器的距离周期性地改变，传感器输出信号也周期性改变，经放大和整形后变成一系列脉冲，可用数字频率计进行测量。 图 4-55 电涡流传感器测量转速的原理 4.3.4 压磁式传感器 4.3.4.1 工作原理 当铁磁材料受机械力作用时，其内部产生应变，引起磁导率 的变化。当外加机械力消失后，磁导率 复原。通常把在机械变形作用下，所引起的磁性质的变化称为压磁效应。 铁磁材料的压磁效应的规律是：受拉力作用时，在力作用方向 提高，而在与作用力垂直的方向， 降低；受到压力作用时， 的变化刚好与上述相反。 压磁式传感器 利用铁磁材料在外力作用下磁导率 的变化的这一规律，构成了压磁传感器。 图4-56 压磁传感器的工作原理 图4-57 压磁传感器的输出特性 压磁式传感器 铁磁材料在力作用下一个方向磁导率变化的压磁传感器。 4.3.4.2 压磁传感器铁磁材料的形状 图a的灵敏度较高，可测量5×105N以下的力。图b是图a的改进型，在受力方向下开两个小孔，分散了部分力到四个孔的两侧，提高了测量上限，但灵敏度有所减小。图c为中字型，分别在1、3铁心柱上绕上励磁绕组和测量绕组，测量上限较小，灵敏度高，但零点残余电压较大。图d称为“田中”形，主要特点是灵敏度较高，常用于测量5000N以下的力。 图4-58 铁磁材料的形状 4.3.4.3 测量电路 由式（4-69）可见，在铁磁材料未达到磁饱和条件下，提高激磁电压 和两绕组的匝数比 均能提高传感器的输出电压 。因此压磁传感器的输出信号幅值较大，其测量电路不需要信号放大环节，仅需要有稳定的励磁电源和良好的检波、滤波以及调零电路等。图4-59是压磁传感器测量电路组成框图。 图4-59 压磁传感器测量电路组成框图 4.3.4.4 压磁传感器的特点及应用范围 与其它传感器相比，压磁传感器具有输出功率大，抗干扰能力强、精度高、线性好、寿命长、维护方便、运行条件低（能在一般有灰尘、水和腐蚀性气体的环境中长期运行）等特点。因此，很适合在重工业、化学工业部门应用，是一种十分有发展前途的传感器。 目前，压磁