第四章電感式傳感器原理利用線圈的自感或互感的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的傳感器。被測(cè)物理量位移振動(dòng)壓力流量比重的變化線圈自感系數(shù)L互感系數(shù)M的變化電路電壓電流電感傳感器優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，分辨力高，位移：0.1m；精度高，線性特性好，非線性誤差：0.05%0.1%；性能穩(wěn)定，重復(fù)性好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)工作環(huán)境要求不高、壽命長(zhǎng)能實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制等。電感式傳感器分類(lèi)自感型互感型渦流式傳感器—壓磁式高頻反射式—自感型低頻透射式—互感型§4-1自感式傳感器若很小，且不考慮磁路鐵損，則

根據(jù)電工學(xué)：線圈中的電感量li

各導(dǎo)磁體長(zhǎng)度

空氣隙間隙i

各導(dǎo)磁體相對(duì)導(dǎo)磁率

0

空氣隙導(dǎo)磁系數(shù)Si

各導(dǎo)磁體截面積S

空氣隙截面積因?yàn)?/p>

鐵芯、

銜鐵>>

氣隙，所以，R鐵芯+R銜鐵<<R氣隙

一、工作原理電感傳感器的三種型式氣隙變化型—變氣隙的間隙(a)面積變化型—變氣隙的截面積S(b)螺管型—變銜鐵與線圈重合長(zhǎng)度(c)(a)(b)(c)二、自感計(jì)算及特性分析氣隙型：?jiǎn)稳Σ贿m宜精密測(cè)量差動(dòng)線性好、靈敏度高截面型：理論上線性差動(dòng)靈敏度提高2倍螺管型：存在高次非線性誤差項(xiàng)差動(dòng)減小非線性誤差，靈敏度提高差動(dòng)形式

為了增加靈敏度，改善線性，往往做成差動(dòng)式的。差動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：（1）.大大的改善了線性，減小線性誤差；（2）.使靈敏度提高一倍。

自感式傳感器的分類(lèi)比較三、轉(zhuǎn)換電路變壓器電橋（差動(dòng)自感式傳感器）輸出空載電壓初始平衡狀態(tài)，Z1=Z2=Z，u0=0，當(dāng)銜鐵偏離中間零點(diǎn)時(shí)，Z1＝Z+，Z2＝Z-

銜鐵移動(dòng)方向相反時(shí)令品質(zhì)因數(shù)較大，則Z2Z1u0U/2U/2§4-2互感式傳感器一、工作原理

利用線圈互感隨被測(cè)量變化的傳感器。傳感器本身是互感系數(shù)可變的變壓器，當(dāng)一次側(cè)線圈接入激勵(lì)電源后，二次側(cè)線圈就將產(chǎn)生電壓輸出，互感變化時(shí)，輸出電壓將作相應(yīng)變化。一般這種傳感器的二次側(cè)線圈有2個(gè)，接線方式又是差動(dòng)的，故有稱為差動(dòng)變壓器式傳感器。互感現(xiàn)象：當(dāng)一次側(cè)線圈通入激勵(lì)電流I1時(shí)，它將產(chǎn)生磁通11，一部分磁通12穿過(guò)次級(jí)線圈，產(chǎn)生互感電勢(shì)e磁鏈互感系數(shù)一、工作原理e1

初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓L2a、L2b

次級(jí)線圈的電感R、L1

初級(jí)線圈的電阻和電感R2a、R2b

次級(jí)線圈的電阻

Ma、Mb

初級(jí)與次級(jí)線圈的互感系數(shù)N1

初級(jí)線圈的匝數(shù)N21、N22

次級(jí)線圈的匝數(shù)差動(dòng)變壓器式傳感器差動(dòng)變壓器等效電路在初級(jí)線圈中

次級(jí)線圈中的感應(yīng)電勢(shì)

感應(yīng)電勢(shì)的有效值

初始位置，銜鐵處于中間位置

當(dāng)銜鐵上升L

當(dāng)銜鐵下降LE2與E2a同相

E2與E2b同相

二、互感式傳感器的分類(lèi)氣隙型：靈敏度高但測(cè)量范圍小，一般用于幾微米~幾百微米的位移。由于示值范圍小、非線性嚴(yán)重，已較少使用。截面型：測(cè)量直線位移極少，常用來(lái)測(cè)角位移。一般可分辨零點(diǎn)幾秒以下的微小角位移，線性范圍達(dá)100。螺管型：示值范圍大，自由行程可任意安排，裝配也較方便，因而獲得了較廣泛的應(yīng)用。可測(cè)量幾納米~1米的位移，但靈敏度稍低。各種差動(dòng)變壓器三、輸出特性－零點(diǎn)殘余電壓

從理論上講，在銜鐵處于中間位置時(shí)輸出電壓應(yīng)為零，但實(shí)際存在零點(diǎn)殘余電壓，它由這樣一些因素引起：兩個(gè)次級(jí)線圈不對(duì)稱初級(jí)線圈銅耗電阻的存在導(dǎo)磁體靠近的安裝位置、鐵芯長(zhǎng)度等激磁頻率的高低鐵磁材質(zhì)不均勻線圈間存在分布電容減小零點(diǎn)殘余電壓的方法盡可能保證傳感器幾何尺寸，線圈電氣參數(shù)和磁路的對(duì)稱。選用導(dǎo)磁性能好的材料制作保護(hù)外殼，這同時(shí)可起到磁屏蔽罩的作用?？刂畦F心的最大工作磁感強(qiáng)度，以便使磁路工作在磁化曲線的線性段，減小高次諧波。選用合適的測(cè)量電路可減小零位電壓輸出，如相敏檢波電路。這樣不僅可判別銜鐵的移動(dòng)方向，還可減小零點(diǎn)殘余電壓。采用補(bǔ)償電路。補(bǔ)償電路基本原則：串聯(lián)電阻可以減小零點(diǎn)殘余電壓的基波份量；并聯(lián)電阻電容可以減小諧波分量；加反饋支路可減小基波和諧波分量。測(cè)量原理演示四、應(yīng)用壓力測(cè)量加速度測(cè)量液面高度測(cè)量§4-3電渦流式傳感器廣泛用于測(cè)量位移、振動(dòng)、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度、硬度等及無(wú)損探傷工作原理金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場(chǎng)中，或者在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在金屬導(dǎo)體中會(huì)感應(yīng)出一圈圈自相閉合的電流，這就是電渦流——渦流效應(yīng)。形成渦流必備2個(gè)條件

電渦流的形成范圍電渦流的徑向形成范圍

與線圈外徑有固定的比例關(guān)系。電渦流的軸向貫穿深度

電渦流強(qiáng)度與距離的關(guān)系

電渦流傳感器的分類(lèi)高頻反射式渦流傳感器低頻透射式渦流傳感器根據(jù)激勵(lì)頻率不同分為一、高頻反射式渦流傳感器

線圈上通交變高頻電流I1線圈產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)H1產(chǎn)生高頻交變渦流I2渦流產(chǎn)生反磁場(chǎng)H2削弱原交變磁場(chǎng)H1導(dǎo)致線圈L、R、Q的改變二、低頻透射式渦流傳感器

UL1

同頻交變電流產(chǎn)生一交變磁場(chǎng)磁力線切割M

產(chǎn)生渦流i

到達(dá)L2的磁力線減少（無(wú)M時(shí)磁力線直接貫穿L2）

E的下降若將激勵(lì)頻率降低，渦流的貫穿深度會(huì)加厚，成為低頻透射式電渦流傳感器，常用來(lái)測(cè)金屬材料厚度。三、等效電路等效電路克?；舴蚨蒢、L、Q四、轉(zhuǎn)換電路電橋電路：利用Z值諧振電路：利用L值調(diào)幅：調(diào)頻：五、渦流傳感器的應(yīng)用

位移x的變化電量的變化可做成位移、振幅、厚度等傳感器電導(dǎo)率的變化電量的變化可做成表面溫度、材質(zhì)判別等磁導(dǎo)率的變化電量的變化可做成應(yīng)力、硬度等傳感器x、、的綜合影響可做成材料探傷裝置

1、位移測(cè)量渦流位移計(jì)

2、厚度測(cè)量3、振幅測(cè)量渦流振幅計(jì)

4、轉(zhuǎn)速測(cè)量渦流轉(zhuǎn)速計(jì)

5、渦流探傷儀

探測(cè)金屬材料的表面裂紋、熱處理裂紋及焊縫裂紋

6、溫度測(cè)量=0[1+(t-t0)]

保持其它條件不變，則t變化變化輸出電壓變化

可測(cè)鋼材壓延時(shí)壓滾溫度，液、氣態(tài)介質(zhì)溫度，且測(cè)溫時(shí)有一個(gè)很大的特點(diǎn)是熱慣性?。s0.001s），動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，能做快速測(cè)溫工作。7、自動(dòng)控制中工件是否到位等的檢測(cè)接近開(kāi)關(guān)

接近開(kāi)關(guān)應(yīng)用實(shí)例一接近開(kāi)關(guān)應(yīng)用實(shí)例二§4-4壓磁式傳感器壓磁效應(yīng)

磁致伸縮效應(yīng)：

鐵磁材料在磁場(chǎng)中磁化時(shí)，在磁場(chǎng)方向會(huì)伸長(zhǎng)或縮短。（正、負(fù)）物體磁化時(shí)，不但在磁化方向上會(huì)伸長(zhǎng)或縮短，在偏離磁化方向的其它方向上也同時(shí)伸長(zhǎng)或縮短，只是隨著偏離角度的增大其伸長(zhǎng)或縮短比逐漸減小，直到接近垂直于磁化方向反而要縮短或伸長(zhǎng)。壓磁效應(yīng)

鐵磁物體被磁化時(shí)如果受到限制（相當(dāng)于外部加力）而不能伸縮，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力使各磁疇之間的界限發(fā)生移動(dòng)，使磁疇磁化強(qiáng)度矢量轉(zhuǎn)動(dòng)，也使材料的磁化強(qiáng)度矢量重新取向，從而改變了鐵磁材料的磁性質(zhì)（磁導(dǎo)率），這種現(xiàn)象稱壓磁效應(yīng)。

對(duì)正磁致伸縮材料而言，拉應(yīng)力將使磁化方向轉(zhuǎn)向拉應(yīng)力方向，加強(qiáng)拉應(yīng)力方向的磁化，從而使拉應(yīng)力方向的磁導(dǎo)率增大。反之壓應(yīng)力將使磁化方向轉(zhuǎn)向垂直于壓應(yīng)力的方向，削弱壓應(yīng)力