电感式传感器装置.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 发射线圈L1和接收线圈L2分置于被测金属板的上下方。由于低频磁场集肤效应小，渗透深，当低频(音频范围)电压u1加到线圈L1的两端后，所产生磁力线的一部分透过金属板,使线圈L2产生感应电动势u2。但由于涡流消耗部分磁场能量，使感应电动势u2减少，当金属板越厚时，损耗的能量越大，输出电动势u2越小。因此，u2的大小与金属板的厚度及材料的性质有关.试验表明u2随材料厚度h的增加按负指数规律减少,因此，若金属板材料的性质一定，则利用u2的变化即可测厚度。 线圈L2 的感应电压与被测厚度的增大按负幂指数的规律减小，即 式中 δ——被测金属板的厚度； h——贯穿深度。 测量厚度时，激励频率应选得较低。频率太高，贯穿深度小于被测厚度，不利于进行厚度测量，通常选激励频率为1kHz左右。 测薄金属板时，频率一般应略高些，测厚金属板时，频率应低些。在测量电阻率ρ较小的材料时，应选较低的频率（如500Hz），测量ρ较大的材料时，应选用较高的频率（如2kHz），从而保证在测量不同材料时能得到较好的线性和灵敏度。 3.3 电涡流式传感器 3.3.4 测量电路 根据电涡流式传感器的工作原理，其测量电路有三种：谐振电路、电桥电路与Q值测试电路。 这里主要介绍谐振电路。目前所用的谐振电路有三种类型：定频调幅式、变频调幅式与调频式。 定频调幅电路 图中L为传感器线圈电感，与电容C组成并联谐振回路，晶体振荡器提供高频激励信号。 3.3 电涡流式传感器 图3-24 定频调幅电路框图 3.3 电涡流式传感器 在无被测导体时，LC并联谐振回路调谐在与晶体振荡器频率一致的谐振状态，这时回路阻抗最大，回路压降最大(图3-25中之Uo)。 图3-25 定频调幅谐振曲线 ◆当传感器接近被测导体时，损耗功率增大，回路失谐，输出电压相应变小。这样，在一定范围内，输出电压幅值与间隙(位移)成近似线性关系。由于输出电压的频率f0始终恒定，因此称定频调幅式。 3.3 电涡流式传感器 3.3 电涡流式传感器 2. 变频调幅电路 定频调幅电路虽然有很多优点，并获得广泛应用，但线路较复杂，装调较困难，线性范围也不够宽。 人们又研究了一种变频调幅电路，这种电路的基本原理是将传感器线圈直接接入电容三点式振荡回路。当导体接近传感器线圈时，由于涡流效应的作用，振荡器输出电压的幅度和频率都发生变化，利用振荡幅度的变化来检测线圈与导体间的位移变化，而对频率变化不予理会。 变频调幅电路的谐振曲线如图3-26所示。 3.3 电涡流式传感器 无被测导体时，振荡回路的Q值最高，振荡电压幅值最大，振荡频率为f0。当有金属导体接近线圈时，涡流效应使回路Q值降低，谐振曲线变钝，振荡幅度降低，振荡频率也发生变化。 图3-26 变频调幅谐振曲线 3.3 电涡流式传感器 当被测导体为软磁材料时，由于磁效应的作用，谐振频率降低，曲线左移；被测导体为非软磁材料时,谐振频率升高，曲线右移。所不同的是，振荡器输出电压不是各谐振曲线与f0的交点，而是各谐振曲线峰点的连线。 必须指出，该电路用于被测导体为软磁材料时，虽由于磁效应的作用使灵敏度有所下降，但磁效应时对涡流效应的作用相当于在振荡器中加入负反馈，因而能获得很宽的线性范围。所以如果配用涡流板进行测量，应选用软磁材料。 3.3 电涡流式传感器 3. 调频电路 调频电路与变频调幅电路一样，将传感器线圈接入电容三点式振荡回路，所不同的是，以振荡频率的变化作为输出信号。如欲以电压作为输出信号，则应后接鉴频器。这种电路的关键是提高振荡器的频率稳定度。通常可以从环境温度变化、电缆电容变化及负载影响三方面考虑。 提高谐振回路元件本身的稳定性也是提高频率稳定度的一个措施。 4.交流电桥 将传感器线圈的阻抗变化转化为电压或电流的变化。图中L1 、L2是两个差动传感器线圈，它们与电容C1 、C2的并联阻抗Z1 、Z2作为电桥的两个桥臂. U0 交流电桥测量电路 L1 振荡器 R1 R2 C2 ~ C1 L2 检波 放大 3.3 电涡流式传感器 3.3.5 电涡流式传感器的应用 1．测位移 电涡流式传感器的主要用途之一是可用来测量金属件的静态或动态位移，最大量程达数百毫米，分辨率为0.1%。 目前电涡流位移传感器分辨力最高已到0.05μm(量程0～15μm)。 凡是可转换为位移量的参数，都可用电涡流式传感器测量，如机器转轴的轴向窜动、金属材料的热膨胀系数、钢水液位、纱线张力、流体压力等。 3.3 电涡流式传感器 下图为