第六講電感式傳感器

第六講電感式傳感器目錄1電感傳感器測量電路23電感傳感器原理與特性4小結(jié)電感傳感器應(yīng)用1電感傳感器原理與特性1.1工作原理氣隙變小，電感變大，電流變小W：線圈匝數(shù)；A：氣隙的有效截面積0：真空磁導(dǎo)率；δ：氣隙。

線性關(guān)系？1電感傳感器原理與特性

待測量磁路磁阻變化線圈電感(L/M)變化U/I/F常用來檢測位移、振動、力、應(yīng)變、流量、比重等；

結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、壽命長、性能良好、寬范圍；按轉(zhuǎn)換原理可分為：1.1工作原理按磁路幾何參數(shù)變化分

變間隙式

變面積式

螺管式1電感傳感器原理與特性1.1工作原理1電感傳感器原理與特性1.2

自感式傳感器----帶氣隙的鐵心線圈變間隙型電感傳感器(1)變間隙式自感傳感器W為線圈匝數(shù)；Rm為磁路總磁阻。連接電路？信號形式？線性關(guān)系？傳感器結(jié)構(gòu)？1電感傳感器原理與特性(2)變面積式自感傳感器電感傳感器特性(3)螺管式自感傳感器螺管式自感傳感器1－線圈；2－銜鐵1.2

自感式傳感器----帶氣隙的鐵心線圈1電感傳感器原理與特性1.3

互感式傳感器---(1)差動變壓器一、二次繞組間的互感能隨銜鐵的移動而變化兩個（若干個）二次繞組反向串接，以差動方式輸出同一線框繞制！1電感傳感器原理與特性線圈N21、N22的有關(guān)端點(diǎn)按全波整流電路的要求正確地連接起來交流激磁電壓感應(yīng)電壓同名端如何連接？1.3

互感式傳感器---(1)差動變壓器反向串接變隙式差動變壓器(有原邊激勵繞組)變面積差動變壓器1電感傳感器原理與特性差動變壓器輸出電壓特性曲線零點(diǎn)殘余電壓誤差因素——零點(diǎn)殘余電動勢溫度變化、激勵頻率結(jié)構(gòu)對稱性銅耗、漏磁特性改造——a）非相敏檢波b）相敏檢波1—理想特性曲線2—實(shí)際特性曲線差動變壓器靈敏度一般可達(dá)0.5~5V/mm，行程越小，靈敏度越高。為提高靈敏度,勵磁電壓在10V左右為宜,電源頻率以1~10kHz為好。差動變壓器線性范圍約為線圈骨架長度的1/10左右。1電感傳感器原理與特性差動傳感器靈敏度？測量誤差？螺線管差動電感傳感器（無原邊激勵繞組）1.3

互感式傳感器---(2)螺管差動電感傳感器1電感傳感器原理與特性當(dāng)Δδ/δ<<1時，可將上式展開成級數(shù)：1.3

互感式傳感器----(2)螺管差動電感傳感器高次項的存在是造成非線性的原因若不考慮包括2次項以上的高次項,則ΔL∝Δδ1電感傳感器原理與特性1.3

互感式傳感器----(2)螺管差動電感傳感器（電感量）差動時：靈敏度：1-差動線圈2-鐵心3-銜鐵4-測桿5-工件3為1、2合成的差動特性1電感傳感器原理與特性1.4

電渦流傳感器電渦流效應(yīng)電渦流線圈與金屬板的距離x減小電渦流線圈的等效電感L減小,等效電阻R增大。感抗XL的變化比R的變化大得多，流過電渦流線圈的電流i1增大。1電感傳感器原理與特性1.4

電渦流傳感器圖

電渦流傳感器等效電路可得、,傳感器線圈的復(fù)阻抗為等效為短路環(huán)檢測深度與激勵源頻率有何關(guān)系？屬于接觸式測量還是非接觸式測量？1電感傳感器原理與特性1.4

電渦流傳感器集膚效應(yīng)激勵源頻率f工件的電導(dǎo)率磁導(dǎo)率等有關(guān)

當(dāng)高頻（100kHz左右）信號源產(chǎn)生的高頻電壓施加到一個靠近金屬導(dǎo)體附近的電感線圈L1時，將產(chǎn)生高頻磁場H1。如被測導(dǎo)體置于該交變磁場范圍之內(nèi)時，被測導(dǎo)體就產(chǎn)生電渦流i2。

i2在金屬導(dǎo)體的縱深方向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導(dǎo)體的表面，這稱為集膚（趨膚）效應(yīng)。頻率f越高,電渦流的滲透的深度就越淺,集膚效應(yīng)越嚴(yán)重1電感傳感器原理與特性1.4

電渦流傳感器檢測深度的控制：由于存在集膚效應(yīng)，電渦流只能檢測導(dǎo)體表面的各種物理參數(shù)。改變f可控制檢測深度。激勵源頻率一般設(shè)定在100kHz~1MHz。頻率越低，檢測深度越深。間距x的測量：如果控制上式中的i1、f、、、r不變,電渦流線圈的阻抗Z就成為間距x的單值函數(shù),這樣就成為非接觸地測量位移的傳感器。多種用途：如果控制x、i1、f不變，就可以用來檢測與表面電導(dǎo)率有關(guān)的表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來檢測與材料磁導(dǎo)率有關(guān)的材料型號、表面硬度等參數(shù)。非接觸測量，不易受油液介質(zhì)影響；

結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，靈敏度高，最高分辨率達(dá)0.05微米；

頻率響應(yīng)范圍寬（0~10kHz），適合動態(tài)測量。1電感傳感器原理與特性1.4

電渦流傳感器電渦流式傳感器的類型(1)高頻反射式電渦流傳感器

1—電渦流線圈2—探頭殼體3—?dú)んw上的位置調(diào)節(jié)螺紋4—印制線路板5—夾持螺母6—電源指示燈7—閾值指示燈8—輸出屏蔽電纜線9—電纜插頭有一個固定在框架上的扁平線圈組成，線圈可以粘貼在框架的端部，也可以繞在框架端部的槽內(nèi)。1電感傳感器原理與特性1.4

電渦流傳感器電渦流式傳感器的類型(2)

低頻透射式電渦流傳感器采用低頻激勵，因而有較大的貫穿深度，適合于測量金屬材料的厚度。低頻透射式電渦流傳感器原理圖及特性探頭的直徑與測量范圍及分辨力之間有何關(guān)系？2電感傳感器測量電路2.1電感電橋

被測量線圈電感變化電橋電路的UorI輸出。

差動式結(jié)構(gòu)可提高靈敏度，改善線性多采用雙臂橋圖

交流電橋的幾種形式(a)電阻平衡臂電橋；(b)變壓器式電橋；(c)緊耦合電感臂電橋通過變壓器加載供電直接加交流電壓源供電2電感傳感器測量電路2.1電感電橋a.電容傳感器差動電橋b.電感傳感器差動電橋不同于差動變壓器

真正的對稱平衡點(diǎn)？2電感傳感器測量電路2.2電感傳感器相敏檢波電路相敏檢波(整流)電路是具有鑒別調(diào)制信號相位和選頻能力的檢波電路。正半周：VD1、VD4導(dǎo)通負(fù)半周：VD2、VD3導(dǎo)通相敏檢波(整流)可以鑒別

a.位移(x)移動方向b.位移大小正負(fù)半波均差值

2電感傳感器測量電路2.2電感傳感器相敏檢波電路傳感器輸出的調(diào)幅波電壓被測量參考信號(門控作用)輸出信號相敏檢波電路同頻、同相(或反相)。rrrr2電感傳感器測量電路2.3差動整流測量電路銜鐵零位銜鐵上移銜鐵下移同樣能區(qū)分大小和移動方向2電感傳感器測量電路2.3差動整流測量電路

若Ｃ1、Ｃ2虛焊，Uao、Ubo將變成什么波形？2電感傳感器測量電路2.3差動整流測量電路例：用差動式電感傳感器進(jìn)行位移檢測，畫出其電感—位移關(guān)系曲線圖。說明相敏檢波器的作用？相敏檢波器的作用:(1)消除LS輸出的零位殘余電壓；(2)區(qū)分銜鐵移動方向2電感傳感器測量電路2.4諧振式測量電路

諧振法是將傳感器線圈的等效電感的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。傳感器線圈與電容并聯(lián)組成LC并聯(lián)諧振回路。金屬材料在高頻磁場中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈端電壓的衰減，再經(jīng)高放、檢波、低放電路，最終輸出的直流電壓Uo反映了金屬體對電渦流線圈的影響。穩(wěn)頻、穩(wěn)幅振蕩電壓(100kHz~1MHz）2電感傳感器測量電路2.4諧振式測量電路調(diào)頻（FM）式電路(100kHz~1MHz）

當(dāng)電渦流線圈與被測體的距離x改變時，電渦流線圈的電感量L也隨之改變，引起LC振蕩器的輸出頻率變化，此頻率可直接用計算機(jī)測量。如果要用模擬儀表進(jìn)行顯示或記錄時，必須使用鑒頻器，將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo。

3電感傳感器應(yīng)用電感測微頭1—引線電纜2—固定磁筒3—銜鐵4—線圈5—測力彈簧6—防轉(zhuǎn)銷7—鋼球?qū)к?直線軸承)8—測桿9—密封套10—測端11—被測工件12—基準(zhǔn)面分辨率高，可測量機(jī)械位移<0.1μm，角位移<0.1角秒3電感傳感器應(yīng)用扭矩檢測3電感傳感器應(yīng)用滾柱直徑分選裝置1—?dú)飧?—活塞3—推桿4—被測滾柱5—落料管6—電感測微器7—鎢鋼測頭8—限位擋板9—電磁翻板10—容器（料斗）落料振動臺滑道11個分選倉位廢料倉滾柱直徑分選裝置3電感傳感器應(yīng)用仿形機(jī)床中的應(yīng)用

1—標(biāo)準(zhǔn)靠模樣板2—測端（靠模輪）3—電感測微器4—銑刀龍門框架5—立柱6—伺服電動機(jī)7—銑刀8—毛坯仿形頭主軸3電感傳感器應(yīng)用板的厚度測量~差動測量結(jié)構(gòu)力轉(zhuǎn)換為位移張力測量3電感傳感器應(yīng)用圓度計---采用旁向式電感測微頭測量頭旋轉(zhuǎn)盤3電感傳感器應(yīng)用1—壓力輸入接頭2—波紋膜盒3—電纜4—印制線路板5—差動線圈6—銜鐵7—電源變壓器8—罩殼9—指示燈10—密封隔板11—安裝底座壓力測量3電感傳感器應(yīng)用高頻反射式渦流測厚儀測試系統(tǒng)框圖渦流振幅測量

1－被測體；2－傳感器探頭3電感傳感器應(yīng)用3電感傳感器應(yīng)用手持式裂紋測量儀油管探傷3電感傳感器應(yīng)用安檢門演示當(dāng)有金屬物體穿越安檢門時報警3電感傳感器應(yīng)用電渦流涂層厚度儀

測量注塑機(jī)開合模的間隙2電感傳感器測量電路4小結(jié)思考①R/C/L參數(shù)檢測電路的比較（結(jié)構(gòu)、輸出關(guān)系式？...）②電感傳感器的應(yīng)用優(yōu)勢？知識點(diǎn)自感、互感（結(jié)構(gòu)型）傳感器原理、特點(diǎn)多種基本電路（相敏檢波、整流...）原理、輸出特性應(yīng)用電感傳感器的物理量檢測方法、傳感器應(yīng)用2電感傳感器測量電路作業(yè)預(yù)習(xí)——實(shí)驗2（做什么、怎么做、為什么）思考:如何消除電感傳感器殘余電壓？相敏檢波的數(shù)學(xué)依據(jù)？與物理方法如何對應(yīng)？配置檢波電路的技術(shù)要求？習(xí)題——p114、115：4.19、4.21、4.23（說明原理特點(diǎn)）補(bǔ)充題6-1（見下頁）本PPT后續(xù)補(bǔ)充頁學(xué)習(xí)或許有助于思考、理解！如題圖a所示（銜鐵處于中間位置）,利用差動變壓器測量偏心輪的徑向跳動，差動變壓器的兩個線圈接在電橋的兩個相鄰橋臂中。試回答下述問題：該測量的工作原理（包括的輸出表達(dá)式）；該測量電路是否需要聯(lián)接