第5章電感式傳感器

傳感與檢測(cè)第5章

電感式傳感器

概述第5章電感式傳感器各種電感式傳感器非接觸式位移傳感器測(cè)厚傳感器電感粗糙度儀接近式傳感器電感式傳感器示例概述第5章電感式傳感器電感式傳感器示例概述第5章電感式傳感器

電感式傳感器是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，特別是在自動(dòng)控制設(shè)備中廣泛應(yīng)用。電感式傳感器利用電磁感應(yīng)定律將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電感或互感的變化。概述第5章電感式傳感器感測(cè)量：位移、振動(dòng)、壓力、應(yīng)變、流量、比重等。電感式傳感器電磁感應(yīng)被測(cè)非電量自感系數(shù)L互感系數(shù)M測(cè)量電路

U、I、f自感式傳感器互感式傳感器電渦流式傳感器種類(lèi)：根據(jù)轉(zhuǎn)換原理，分自感式和互感式兩種；根據(jù)結(jié)構(gòu)型式，分氣隙型和螺管型。概述第5章電感式傳感器優(yōu)點(diǎn)：不足：存在交流零位信號(hào)，不宜于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。

③重復(fù)性好，線(xiàn)性度優(yōu)良在幾十μm到數(shù)百mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線(xiàn)性度較好，且比較穩(wěn)定。①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量力小銜鐵為(0.5～200)×10-4N時(shí)，磁吸力為(1~10)×10-4N。②分辨力高機(jī)械位移：0.1μm，甚至更?。唤俏灰疲?.1角秒。輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度可達(dá)數(shù)百mV/mm。電感式傳感器§5.1自感式傳感器§5.2差動(dòng)式變壓器

§5.3電渦流式傳感器

第5章電感式傳感器5.1自感式傳感器

氣隙型電感傳感器

螺管型電感傳感器

電感線(xiàn)圈的等效電路第5章電感式傳感器氣隙型電感傳感器5.1自感式傳感器線(xiàn)圈電感：N-線(xiàn)圈匝數(shù)Rm-磁路總磁阻線(xiàn)圈鐵芯銜鐵氣隙型電感傳感器氣隙型電感傳感器5.1自感式傳感器線(xiàn)圈鐵芯銜鐵氣隙型電感傳感器Rm-磁路總磁阻：氣隙型電感傳感器5.1自感式傳感器Rm-磁路總磁阻：氣隙型電感傳感器5.1自感式傳感器線(xiàn)圈鐵芯銜鐵氣隙型電感傳感器線(xiàn)圈電感：N-線(xiàn)圈匝數(shù)氣隙型電感傳感器5.1自感式傳感器線(xiàn)圈鐵芯銜鐵線(xiàn)圈電感：N-線(xiàn)圈匝數(shù)如果S保持不變，則L為lδ的單值函數(shù)，構(gòu)成變氣隙式自感傳感器。若保持lδ不變，使S隨被測(cè)量（如位移）變化，則構(gòu)成變截面式自感傳感器。

氣隙型電感傳感器5.1自感式傳感器L=f(S)L=f(lδ)lδ

，SL電感傳感器特性氣隙型電感傳感器5.1自感式傳感器特性分析（對(duì)于變氣隙式求靈敏度和線(xiàn)性度的表達(dá)式）①當(dāng)氣隙lδ發(fā)生變化時(shí)，自感的變化與氣隙變化均呈非線(xiàn)性關(guān)系，其非線(xiàn)性程度隨氣隙相對(duì)變化Δlδ/lδ的增大而增加；②氣隙減少Δlδ所引起的自感變化ΔL1與氣隙增加同樣Δlδ所引起的自感變化ΔL2并不相等，即ΔL1＞ΔL2，其差值隨Δlδ/lδ的增加而增大。lδL

L0lδ0ΔL1ΔL2氣隙型電感傳感器5.1自感式傳感器特性分析（對(duì)于變氣隙式求靈敏度和線(xiàn)性度的表達(dá)式）lδL

L0lδ0ΔL1ΔL2傳感器靈敏度：線(xiàn)性度：由于轉(zhuǎn)換原理的非線(xiàn)性，以及正反方向移動(dòng)時(shí)電感變化量的不對(duì)稱(chēng)性，因此，為了保證精度，變間隙式傳感器只能工作在一個(gè)很小的區(qū)域，因而只能用于微小位移的測(cè)量。習(xí)題若有一氣隙型電感傳感器，銜鐵斷面積S=4×4mm2，氣隙總長(zhǎng)度lδ=0.8mm，銜鐵最大位移Δlδ=±0.08mm，激勵(lì)線(xiàn)圈匝數(shù)N=2500匝，忽略漏磁及鐵損。求（1）線(xiàn)圈電感值，（2）電感的最大變化量。差動(dòng)式氣隙型電感傳感器5.1自感式傳感器

在實(shí)際使用中，常采用兩個(gè)相同的傳感線(xiàn)圈共用一個(gè)銜鐵，構(gòu)成差動(dòng)式自感傳感器，兩個(gè)線(xiàn)圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸要求完全相同。這種結(jié)構(gòu)除了可以改善線(xiàn)性、提高靈敏度外，對(duì)溫度變化、電源頻率變化等的影響也可以進(jìn)行補(bǔ)償，從而減少了外界影響造成的誤差。差動(dòng)式電感傳感器5.1自感式傳感器下圖是變氣隙型、螺管型的差動(dòng)式自感傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)銜鐵3移動(dòng)時(shí)，一個(gè)線(xiàn)圈的電感量增加，另一個(gè)線(xiàn)圈的電感量減少，形成差動(dòng)形式。圖

差動(dòng)式自感傳感器1-線(xiàn)圈2-鐵芯3-銜鐵4-導(dǎo)桿（a）變氣隙型31412344（b）螺管型差動(dòng)式氣隙型電感傳感器5.1自感式傳感器銜鐵R1R2L2L1傳感器的靈敏度為：傳感器的線(xiàn)性度為：差動(dòng)式氣隙型電感傳感器5.1自感式傳感器靈敏度：線(xiàn)性度：?jiǎn)尉€(xiàn)圈氣隙型電感傳感器：靈敏度：差動(dòng)式氣隙型電感傳感器：線(xiàn)性度：1.差動(dòng)式自感傳感器的靈敏度比單線(xiàn)圈傳感器提高一倍。2.差動(dòng)式自感傳感器非線(xiàn)性失真小。差動(dòng)式氣隙型電感傳感器5.1自感式傳感器差動(dòng)式與單線(xiàn)圈相比優(yōu)點(diǎn)：①線(xiàn)性度好；②靈敏度提高一倍，即銜鐵位移相同時(shí)，輸出信號(hào)大一倍；③溫度變化、電源波動(dòng)、外界干擾等對(duì)傳感器精度的影響，由于能互相抵消而減?。虎茈姶盼?duì)測(cè)力變化的影響也由于能相互抵消而減小。螺管型電感傳感器5.1自感式傳感器有單線(xiàn)圈和差動(dòng)式兩種結(jié)構(gòu)形式。單線(xiàn)圈螺管型傳感器結(jié)構(gòu)圖rx螺旋管鐵芯l單線(xiàn)圈螺管型傳感器的主要元件為一只螺管線(xiàn)圈和一根圓柱形鐵芯。傳感器工作時(shí)，因鐵芯在線(xiàn)圈中伸入長(zhǎng)度的變化，引起螺管線(xiàn)圈自感值的變化。當(dāng)用恒流源激勵(lì)時(shí)，則線(xiàn)圈的輸出電壓與鐵芯的位移量有關(guān)。螺管型電感傳感器5.1自感式傳感器①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造裝配容易；②由于空氣間隙大，磁路的磁阻高，因此靈敏度低，但線(xiàn)性范圍大；③由于磁路大部分為空氣，易受外部磁場(chǎng)干擾；④由于磁阻高，為了達(dá)到某一自感量，需要的線(xiàn)圈匝數(shù)多，因而線(xiàn)圈分布電容大；⑤要求線(xiàn)圈框架尺寸和形狀必須穩(wěn)定，否則影響其線(xiàn)性和穩(wěn)定性。綜上所述，螺管式自感傳感器的特點(diǎn)：電感線(xiàn)圈的等效電路5.1自感式傳感器實(shí)際傳感器中，線(xiàn)圈不可能是純電感，它包括線(xiàn)圈的銅損電阻RC

；鐵芯的渦流損耗電阻Re

；由于線(xiàn)圈和測(cè)量設(shè)備電纜的接入，存在線(xiàn)圈固有電容和電纜的分布電容，用參數(shù)C表示。

等效電路ZCLRcRe電感線(xiàn)圈的等效電路5.1自感式傳感器CLRcRe線(xiàn)圈的銅損電阻RC電感線(xiàn)圈的等效電路5.1自感式傳感器CLRcRe線(xiàn)圈的渦流損耗電阻Re(鐵損)設(shè)渦流穿透深度小于薄片厚度的一半，電感線(xiàn)圈的等效電路5.1自感式傳感器CLRcRe并聯(lián)寄生電容C主要由固有電容和電纜的分布電容組成。Z設(shè)為總等效損耗電阻，在不考慮C時(shí)，電感的串聯(lián)等效阻抗為：考慮C時(shí)，等效阻抗Zp為：電感線(xiàn)圈的等效電路5.1自感式傳感器CLRcReZ記：則：由于并聯(lián)電容C的存在，使等效串聯(lián)損耗電阻和等效電感都增大了，等效QP較前減小。測(cè)量電路-交流電橋5.1自感式傳感器交流電橋差動(dòng)的兩個(gè)傳感器線(xiàn)圈接成電橋的兩個(gè)工作臂（Z1、Z2為兩個(gè)差動(dòng)傳感器線(xiàn)圈的復(fù)阻抗），另兩個(gè)橋臂用平衡電阻R1、R2代替。設(shè)初始時(shí)Z1=Z2=Z=RS+jωL；

R1=R2=R；L1=L2=L0。工作時(shí)，Z變化△Z,ZLR1R2Z2Z1測(cè)量電路-交流電橋5.1自感式傳感器

交流電橋ZLR1R2Z2Z1輸出幅值：輸出阻抗：測(cè)量電路-交流電橋5.1自感式傳感器交流電橋ZLR1R2Z2Z1測(cè)量電路-交流電橋5.1自感式傳感器交流電橋ZLR1R2Z2Z1對(duì)差動(dòng)變氣隙式自感傳感器：可見(jiàn)，電橋輸出電壓與Δlδ有關(guān)，相位與銜鐵移動(dòng)方向有關(guān)。由于是交流信號(hào)，還要經(jīng)過(guò)適當(dāng)電路（如相敏檢波電路）處理才能判別銜鐵位移的大小及方向。測(cè)量電路-變壓器電橋5.1自感式傳感器變壓器交流電橋Z1Z2IABCD~電橋兩臂Z1、Z2為傳感器線(xiàn)圈阻抗初始位置

測(cè)量電路-變壓器電橋5.1自感式傳感器變壓器交流電橋Z1Z2IABCD~銜鐵下移

銜鐵上移

輸出阻抗：

測(cè)量電路-變壓器電橋5.1自感式傳感器變壓器交流電橋Z1Z2IABCD~若線(xiàn)圈的Q值很高，損耗電阻可忽略，則由上式可知，當(dāng)銜鐵向上、向下移動(dòng)相同的距離時(shí)，產(chǎn)生的輸出電壓大小相等，但極性相反。由于是交流信號(hào)，要判斷銜鐵位移的大小及方向同樣需要經(jīng)過(guò)相敏檢波電路的處理?；ジ惺絺鞲衅?--差動(dòng)變壓器5.2差動(dòng)式變壓器分氣隙型和螺管型兩種。目前多采用螺管型差動(dòng)變壓器。它可測(cè)量1—100mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移。1初級(jí)線(xiàn)圈;2.3次級(jí)線(xiàn)圈;4銜鐵1243(a)氣隙型123(b)螺管型4螺管型差動(dòng)變壓器根據(jù)初、次級(jí)排列不同有二節(jié)式、三節(jié)式、四節(jié)式和五節(jié)式等形式。差動(dòng)變壓器線(xiàn)圈各種排列形式1初級(jí)線(xiàn)圈；2次級(jí)線(xiàn)圈；3銜鐵(a)二節(jié)式(b)三節(jié)式(c)四節(jié)式(d)五節(jié)式311212112212123三節(jié)式的零點(diǎn)電位較小，二節(jié)式比三節(jié)式靈敏度高、線(xiàn)性范圍大，四節(jié)式和五節(jié)式改善了傳感器線(xiàn)性度。差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式差動(dòng)變壓器的等效電路差動(dòng)變壓器工作在理想情況下（忽略渦流損耗、磁滯損耗和分布電容等影響）時(shí)的等效電路：2123L1R22L21M1M2L22R21R1～～～普通變壓器差動(dòng)變壓器磁路閉合開(kāi)互感常數(shù)隨銜鐵位移而變互感式傳感器---差動(dòng)變壓器5.2差動(dòng)式變壓器L1R22L21M1M2L22R21R1～～～初級(jí)線(xiàn)圈的復(fù)數(shù)電流值為：ω—激勵(lì)電壓的角頻率e1—激勵(lì)電壓的復(fù)數(shù)值

L1，R1初級(jí)線(xiàn)圈電感和電阻互感式傳感器---差動(dòng)變壓器5.2差動(dòng)式變壓器L1R22L21M1M2L22R21R1～～～在次級(jí)線(xiàn)圈中感應(yīng)出電壓e21和e22，其值分別為：M1，M2分別為初級(jí)與次級(jí)線(xiàn)圈1,2間的互感；Rm1及Rm2分別為磁通通過(guò)初級(jí)線(xiàn)圈及兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈的磁阻，N1和N2為初、次級(jí)線(xiàn)圈匝數(shù)互感式傳感器---差動(dòng)變壓器5.2差動(dòng)式變壓器L1R22L21M1M2L22R21R1～～～因此空載輸出電壓：其幅值：輸出阻抗：或：互感式傳感器---差動(dòng)變壓器5.2差動(dòng)式變壓器L1R22L21M1M2L22R21R1～～～①鐵芯處于中間位置時(shí)，M1=M2=M，|e2|=02123互感式傳感器---差動(dòng)變壓器5.2差動(dòng)式變壓器L1R22L21M1M2L22R21R1～～～2123②鐵芯上升時(shí)，M1=M+ΔM，M2=M-ΔM與e21同極性互感式傳感器---差動(dòng)變壓器5.2差動(dòng)式變壓器L1R22L21M1M2L22R21R1～～～2123③鐵芯下降時(shí)，M1=M-ΔM，M2=M+ΔM與e22同極性互感式傳感器---差動(dòng)變壓器5.2差動(dòng)式變壓器差動(dòng)變壓器輸出電勢(shì)e2與銜鐵位移x的關(guān)系。其中x表示銜鐵偏離中心位置的距離。

Ｕ０e21e220xe2差動(dòng)變壓器輸出特性副Ⅰ副Ⅱ原線(xiàn)圈二、變換特征5.2差動(dòng)式變壓器三節(jié)螺管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)L1R22L21M1M2L22R21R1～～～二、變換特征5.2差動(dòng)式變壓器鐵芯位移x與輸出電壓e2之間是非線(xiàn)性關(guān)系。非線(xiàn)性誤差:

。K1是傳感器的靈敏度系數(shù)，受匝數(shù)比，激勵(lì)電源的頻率、電壓等因素影響。三、誤差因素分析5.2差動(dòng)式變壓器激勵(lì)電源電壓幅值的波動(dòng)，會(huì)使線(xiàn)圈激勵(lì)磁場(chǎng)的磁通發(fā)生變化，直接影響輸出電勢(shì)。而頻率的波動(dòng)，只要適當(dāng)?shù)剡x擇頻率，滿(mǎn)足時(shí)，其影響不大。L1R22L21M1M2L22R21R1～～～1、激勵(lì)電壓幅值與頻率的影響三、誤差因素分析5.2差動(dòng)式變壓器L1R22L21M1M2L22R21R1～～～2、溫度變化的影響

周?chē)h(huán)境溫度的變化，引起線(xiàn)圈及導(dǎo)磁體磁導(dǎo)率的變化，從而使線(xiàn)圈磁場(chǎng)發(fā)生變化產(chǎn)生溫度漂移。因此，采用恒流源激勵(lì)比恒壓源激勵(lì)有利。適當(dāng)提高線(xiàn)圈品質(zhì)因子并采用差動(dòng)電橋可以減少溫度的影響。

三、誤差因素分析5.2差動(dòng)式變壓器3、零點(diǎn)殘余電壓

當(dāng)差動(dòng)變壓器的銜鐵處于中間位置時(shí)，理想條件下其輸出電壓為零。但實(shí)際上，當(dāng)使用橋式電路時(shí)，在零點(diǎn)仍有一個(gè)微小的電壓值(從零點(diǎn)幾mV到數(shù)十mV)存在，稱(chēng)為零點(diǎn)殘余電壓。x-x0e2e201基波正交分量(a)殘余電壓的波形

(b)波形分析13245e20te1e20et圖中e1為差動(dòng)變壓器初級(jí)的激勵(lì)電壓，e20包含基波同相成分、基波正交成分，二次及三次諧波和幅值較小的電磁干擾等。2基波同相分量3二次諧波4三次諧波

5電磁干擾三、誤差因素分析5.2差動(dòng)式變壓器零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生原因

①基波分量由于差動(dòng)變壓器兩個(gè)次級(jí)繞組不可能完全一致，因此它的等效電路參數(shù)（互感M、自感L及損耗電阻R）不可能相同，從而使兩個(gè)次級(jí)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)數(shù)值不等。又因初級(jí)線(xiàn)圈中銅損電阻及導(dǎo)磁材料的鐵損和材質(zhì)的不均勻，線(xiàn)圈匝間電容的存在等因素，使激勵(lì)電流與所產(chǎn)生的磁通相位不同。

三、誤差因素分析5.2差動(dòng)式變壓器零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生原因

高次諧波

高次諧波分量主要由導(dǎo)磁材料磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)性引起。由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使得激勵(lì)電流與磁通波形不一致產(chǎn)生了非正弦(主要是三次諧波)磁通，從而在次級(jí)繞組感應(yīng)出非正弦電勢(shì)。另外，激勵(lì)電流波形失真，因其內(nèi)含高次諧波分量，這樣也將導(dǎo)致零點(diǎn)殘余電壓中有高次諧波成分。1．從設(shè)計(jì)和工藝上保證結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性

為保證線(xiàn)圈和磁路的對(duì)稱(chēng)性，首先，要求提高加工精度，線(xiàn)圈選配成對(duì)，采用磁路可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。其次，應(yīng)選高磁導(dǎo)率、低矯頑力、低剩磁感應(yīng)的導(dǎo)磁材料。并應(yīng)經(jīng)過(guò)熱處理，消除殘余應(yīng)力，以提高磁性能的均勻性和穩(wěn)定性。由高次諧波產(chǎn)生的因素可知，磁路工作點(diǎn)應(yīng)選在磁化曲線(xiàn)的線(xiàn)性段。消除零點(diǎn)殘余電壓方法：采用相敏檢波電路不僅可鑒別銜鐵移動(dòng)方向，而且把銜鐵在中間位置時(shí)，因高次諧波引起的零點(diǎn)殘余電壓消除掉。如圖，采用相敏檢波后銜鐵反行程時(shí)的特性曲線(xiàn)由1變到2，從而消除了零點(diǎn)殘余電壓。U0+x-x210相敏檢波后的輸出特性

2．選用合適的測(cè)量線(xiàn)路3．采用補(bǔ)償線(xiàn)路CR(a)在差動(dòng)變壓器次級(jí)繞組側(cè)串、并聯(lián)適當(dāng)數(shù)值的電阻、電容元件，當(dāng)調(diào)整這些元件時(shí)，可使零點(diǎn)殘存電壓減小。四.測(cè)量電路5.2差動(dòng)式變壓器差動(dòng)變壓器的輸出電壓為交流，它與銜鐵位移成正比。用交流電壓表測(cè)量其輸出值只能反映銜鐵位移的大小，不能反映移動(dòng)的方向，因此常采用差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路進(jìn)行測(cè)量。四.測(cè)量電路5.2差動(dòng)式變壓器（一）差動(dòng)整流電路R2R1abhgcfde++在e點(diǎn)為“＋”，f點(diǎn)為“–”，則電流路徑是eacdbf。在e點(diǎn)為“-”，f點(diǎn)為“+”，則電流路徑是fbcdae?？梢?jiàn)，無(wú)論次級(jí)線(xiàn)圈的輸出瞬時(shí)電壓極性如何，通過(guò)電阻R的電流總是從c到d。（一）差動(dòng)整流電路5.2差動(dòng)式變壓器R2R1abhgcfde++無(wú)論次級(jí)線(xiàn)圈的輸出瞬時(shí)電壓極性如何，整流電路的輸出電壓e2始終等于R1、R2兩個(gè)電阻上的電壓差。

鐵芯在零位Udc圖4-15全波差動(dòng)整流電路電壓波形tttUghU2tUdctUghtU2鐵芯在零位以下R2R1abhgcfde++全波差動(dòng)整流電路電壓波形鐵芯在零位以上ttUdcUghtU2鐵芯在零位以上鐵芯在零位ttUdcUghtU2Udc圖4-15全波差動(dòng)整流電路電壓波形tttUghU2tUdctUghtU2鐵芯在零位以下R2R1abhgcfde++結(jié)論：鐵芯在零位以上或零位以下時(shí)，輸出電壓的極性相反，零點(diǎn)殘存電壓自動(dòng)抵消。這種電路容易做到輸出平衡，便于阻抗匹配。圖中比較電壓Ｕ２和Ｕ１同頻，經(jīng)過(guò)移相器使Ｕ２和Ｕ１保持同相或反相，且滿(mǎn)足Ｕ２＞＞Ｕ１。2．二級(jí)管相敏檢波電路u1u2+R-RD3D2D1D4RRT1T2-+當(dāng)銜鐵在中間位置時(shí)，位移x（t）=0，傳感器輸出電壓Ｕ１=0,只有Ｕ２起作用。u1u2+R-RD3D2D1D4RRT1T2-+正半周時(shí)

因?yàn)槭菑闹行某轭^，所以u(píng)1=u２，故i３=i４。流經(jīng)RL的電流為

i０=i４－i３=０u1u2-R+RLRD3D2D1D4RRT1T2+-i4i3負(fù)半周時(shí)

同理可知i１=i２，所以流經(jīng)RL的電流為

i０=i１－i２=０i1RLi2u1u2+R-RD3D2D1D4RRT1T2-+D2u1u2-R+RLRD3D1D4RRT1T2+-e1e2-+-+i4當(dāng)銜鐵在零位以上時(shí)，位移x（t）>0，Ｕ１與Ｕ２同頻同相。

正半周時(shí)i3故i４＞

i３，流經(jīng)RL的電流為

i０=i４－i３＞０u1u2+R-RD3D2D1D4RRT1T2-+負(fù)半周時(shí)

故i１＞

i２，流經(jīng)RL的電流為

i０=i１－i２＞０i2i1e1-++e2-Ｕ２正半周Ｕ１負(fù)半周故i４＜

i３。流經(jīng)RL的電流為

i０=i４－i３＜０當(dāng)銜鐵在零位以下時(shí)，位移x（t）＜0，Ｕ１與Ｕ２同頻反相。

e1e2+-+-D2u1u2-R+RLRD3D1D4RRT1T2+-i4i3同理:在Ｕ２負(fù)半周Ｕ１正半周時(shí)：i１＜

i２。流經(jīng)RL的電流為i０=i１－i２＜０。表示i0的方向也與規(guī)定的正方向相反。D2u1u2-R+RLRD3D1D4RRT1T2+-+-+-e1e2i2i1結(jié)論：１．銜鐵在中間位置時(shí)，無(wú)論參考電壓是正半周還是負(fù)半周，在負(fù)載RL上的輸出電壓始終為0。２．銜鐵在零位以上移動(dòng)時(shí)，無(wú)論參考電壓是正半周還是負(fù)半周，在負(fù)載RL上得到的輸出電壓始終為正。３．銜鐵在零位以下移動(dòng)時(shí)，無(wú)論參考電壓是正半周還是負(fù)半周，在負(fù)載RL上得到的輸出電壓始終為負(fù)。由此可見(jiàn)，該電路能判別鐵芯移動(dòng)的方向。二級(jí)管相敏檢波在U1、U2同相位時(shí)的波形tU10U2t0ti10ti20ti40ti00ti30相敏檢波前后的輸出特性曲線(xiàn)x0UL（a）經(jīng)過(guò)相敏檢波電路后，正位移輸出正電壓，負(fù)位移輸出負(fù)電壓。差動(dòng)變壓器的輸出經(jīng)過(guò)相敏檢波以后，特性曲線(xiàn)由圖（a）變成（b），殘存電壓自動(dòng)消失。x0UL（b）5.3電渦流式傳感器

結(jié)構(gòu)和工作原理

測(cè)量電路

應(yīng)用第5章電感式傳感器結(jié)構(gòu)和基本原理5.3電渦流式傳感器根據(jù)電磁感應(yīng)定律，交變磁通在包圍它的任何閉合導(dǎo)電回路中都將產(chǎn)生感應(yīng)電流。當(dāng)導(dǎo)體置于交變磁場(chǎng)或在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體上引起感生電流ie，此電流在導(dǎo)體內(nèi)閉合，稱(chēng)為渦流。結(jié)構(gòu)和基本原理5.3電渦流式傳感器渦流的大小與導(dǎo)體電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ以及產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的線(xiàn)圈與被測(cè)體之間距離x（磁通量φ），線(xiàn)圈激勵(lì)電流的頻率f有關(guān)。

若固定某些參數(shù)，就可根據(jù)渦流的變化測(cè)量另一個(gè)參數(shù)。

結(jié)構(gòu)和基本原理5.3電渦流式傳感器電渦流傳感器的等效電路把被測(cè)導(dǎo)體上形成的電渦流等效成一個(gè)短路環(huán)中的電流，短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線(xiàn)圈，其電阻為R2、電感為L(zhǎng)2。這樣線(xiàn)圈與被測(cè)導(dǎo)體便可等效為兩個(gè)相互耦合的線(xiàn)圈。線(xiàn)圈與導(dǎo)體間存在一個(gè)互感M，它隨線(xiàn)圈與導(dǎo)體間距x的減小而增大。電渦流傳感器等效電路MR1L2L1R2結(jié)構(gòu)和基本原理5.3電渦流式傳感器電渦流傳感器的種類(lèi)電渦流在金屬導(dǎo)體內(nèi)的滲透深度為:電渦流在金屬導(dǎo)體內(nèi)的滲透深度與傳感器線(xiàn)圈的激勵(lì)信號(hào)頻率有關(guān)。故電渦流式傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類(lèi)。目前高頻反射式電渦流傳感器應(yīng)用較廣泛。導(dǎo)體電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ線(xiàn)圈激勵(lì)電流的頻率f5.3電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)和基本原理5.3電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)和基本原理5.3電渦流式傳感器金屬導(dǎo)體表面的電渦流強(qiáng)度I2