自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)-第三章

1、自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)物理及電子工程學(xué)院 楊恒Tel:-mail: 第 3 章 變 磁 阻 式 傳 感 器第三章變磁阻式傳感器 3.1 自感式傳感器自感式傳感器 3.2 變壓器式傳感器變壓器式傳感器 3.3 電渦流式傳感器電渦流式傳感器變磁阻式的原理變磁阻式的原理 變磁阻式傳感器是利用被測量的變化使變磁阻式傳感器是利用被測量的變化使線線圈電感量發(fā)生改變?nèi)﹄姼辛堪l(fā)生改變這一物理現(xiàn)象實現(xiàn)測量的。這一物理現(xiàn)象實現(xiàn)測量的。 變磁阻式傳感器分為變磁阻式傳感器分為自感式傳感器自感式傳感器、變壓器、變壓器式傳感器、式傳感器、電渦流傳感器電渦流傳感器，其中自感式傳感器，其中自感式傳感器、

2、互感式傳感器統(tǒng)稱為電感式傳感器。、互感式傳感器統(tǒng)稱為電感式傳感器。 變磁阻式傳感器測量物理量主要有：壓力、變磁阻式傳感器測量物理量主要有：壓力、位移、加速度、轉(zhuǎn)速、探傷、測溫、厚度等。位移、加速度、轉(zhuǎn)速、探傷、測溫、厚度等。 3.1 自感式傳感器自感式傳感器 自感式傳感器主要有自感式傳感器主要有基本自感式傳感器基本自感式傳感器、差動變間隙式差動變間隙式傳感器傳感器、螺管型電感式傳感器螺管型電感式傳感器 3.1.1 基本自感式傳感器基本自感式傳感器 1.工作原理工作原理 基本變間隙自感式傳感器由基本變間隙自感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵線圈、鐵芯和銜鐵組成，組成，結(jié)構(gòu)如圖結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。所示。

3、 工作原理：工作時銜鐵與被測物體連接，被測物體的工作原理：工作時銜鐵與被測物體連接，被測物體的位移位移將將引起引起空氣間隙的長度變化，由于空氣間隙的長度變化，由于氣隙磁阻的變化氣隙磁阻的變化，導(dǎo)致線圈電感量的變化，從而達(dá)到測量目的。導(dǎo)致線圈電感量的變化，從而達(dá)到測量目的。 P53圖圖3.1 變間隙自感式傳感器變間隙自感式傳感器 補充：補充： 1） 線圈電感量的計算：線圈電感量的計算：L= N2/Rm Rm=2/(0S) 0=410-7H/m為空氣磁導(dǎo)率為空氣磁導(dǎo)率 L= N20S/2 N 為線圈匝數(shù)為線圈匝數(shù) Rm 為磁路總磁阻，由鐵芯、銜鐵、空氣間隙三部為磁路總磁阻，由鐵芯、銜鐵、空氣間隙三

4、部分的磁阻組成分的磁阻組成,但鐵芯、銜鐵磁阻很小，主要由空氣間隙但鐵芯、銜鐵磁阻很小，主要由空氣間隙部分的磁阻構(gòu)成。部分的磁阻構(gòu)成。 （）為空氣間隙長度）為空氣間隙長度 S為鐵芯與銜鐵之間的空氣間隙的相對面積為鐵芯與銜鐵之間的空氣間隙的相對面積 3）線圈品質(zhì)因素）線圈品質(zhì)因素Q：表示線圈質(zhì)量的一個：表示線圈質(zhì)量的一個物理量，為感抗物理量，為感抗XL與其等效電阻的比值。與其等效電阻的比值。 Q=XL/ Rc=L/ Rc=2fL/ Rc 電感式傳感器又可分為變氣隙長度的電感式傳感器又可分為變氣隙長度的傳感器和變氣隙面積的傳感器。前者常用傳感器和變氣隙面積的傳感器。前者常用于測量直線位移，后者常用于

5、測量角位移于測量直線位移，后者常用于測量角位移。 2靈敏度靈敏度 變間隙式電感傳感器用于測量微小位移時是變間隙式電感傳感器用于測量微小位移時是比較準(zhǔn)確的。比較準(zhǔn)確的。 設(shè)傳感器的初始間隙長度為設(shè)傳感器的初始間隙長度為0，面積為，面積為S0，當(dāng)銜鐵上移當(dāng)銜鐵上移時，傳感器氣隙長度減小時，傳感器氣隙長度減小，即，即=0-，則此時輸出電感為：，則此時輸出電感為： 00000201)(2LSNLLL按泰勒級數(shù)展開成級數(shù)形式，按泰勒級數(shù)展開成級數(shù)形式， 時得時得: 靈敏度靈敏度K為為 0初始初始間隙越小間隙越小，靈敏度越高靈敏度越高；但；但0越小越小，/01不易滿足，線形度差。不易滿足，線形度差。 為了

6、減小非線性誤差，實際測量中為了減小非線性誤差，實際測量中廣泛采廣泛采用差動變間隙式電感傳感器用差動變間隙式電感傳感器。 1000LL0001LLK 3.1.2 差動變間隙式傳感器差動變間隙式傳感器 差動變間隙式電感傳感器采用兩個相同的傳感器共用一個銜鐵差動變間隙式電感傳感器采用兩個相同的傳感器共用一個銜鐵組成。電感相對變化量的靈敏度組成。電感相對變化量的靈敏度K為為 P54 圖圖3.2 差動變間隙式電感傳感器差動變間隙式電感傳感器00002122LLKLLLL 單線圈式和差動式兩種變間隙式電感傳感單線圈式和差動式兩種變間隙式電感傳感器的特性比較：器的特性比較： 優(yōu)點有：優(yōu)點有： A差動式比單線

7、圈式的差動式比單線圈式的靈敏度高一倍靈敏度高一倍； B差動式的非線性項等于單線圈非線性項乘差動式的非線性項等于單線圈非線性項乘以因子，所以，差動式的以因子，所以，差動式的線性度線性度得到得到明顯明顯改善改善； C 溫度變化，電源波動，溫度變化，電源波動，外界干擾外界干擾等對傳等對傳感器的影響，由于能夠相互抵消而減感器的影響，由于能夠相互抵消而減小小； D 電磁吸力電磁吸力對測力變化的對測力變化的影響影響也由于能夠也由于能夠相互抵消而減相互抵消而減小小。 缺點有：缺點有： A 非線形嚴(yán)重非線形嚴(yán)重，為了限制非線形誤差，示，為了限制非線形誤差，示值范圍只能很??；值范圍只能很小； B 它的它的自由行

8、程小自由行程小，因銜鐵在運動方向上，因銜鐵在運動方向上受到鐵芯限制；受到鐵芯限制； C 制造裝配困難制造裝配困難。3.1.3螺管型電感式傳感器螺管型電感式傳感器 螺管型電感式傳感器由線圈、銜鐵和磁性導(dǎo)筒螺管型電感式傳感器由線圈、銜鐵和磁性導(dǎo)筒組成，靈敏度較低，但量程大，結(jié)構(gòu)簡單，易組成，靈敏度較低，但量程大，結(jié)構(gòu)簡單，易于制作和批量生產(chǎn)，是目前使用最廣泛的一種于制作和批量生產(chǎn)，是目前使用最廣泛的一種電感式傳感器。電感式傳感器。螺管型電感式傳感器的銜鐵隨被測對象移動，螺管型電感式傳感器的銜鐵隨被測對象移動，線圈磁力線路徑上的磁阻發(fā)生變化，線圈電感線圈磁力線路徑上的磁阻發(fā)生變化，線圈電感量也因此而

9、變化，線圈電感量的大小與銜鐵位量也因此而變化，線圈電感量的大小與銜鐵位置有關(guān)。置有關(guān)。 P55 圖圖3.3 螺管型電感式傳感器螺管型電感式傳感器 P55 圖3.3 螺管型電感式傳感器 l為線圈長度，r 為線圈平均半徑N為線圈匝數(shù)，x為銜鐵進(jìn)入線圈的長度ra為銜鐵的半徑，m為鐵芯的有效磁導(dǎo)率2axr1)m(2lr2l2N24L3.1.4 測量電路測量電路 有交流電橋式、交流變壓器式、諧振式，其中交流電橋式是電感式傳感器的主要測量電路。把傳感器的兩個線圈作為電橋的兩個橋臂Z1和Z2，另外兩個相鄰橋臂用純電阻代替，即Z3=Z4=R；其作用是將線圈電感的變化轉(zhuǎn)換成電橋電路的電壓或電流輸出。 P55圖3

10、.4 電阻平衡臂電橋電路 sUZZZZZZU)(4223110當(dāng)銜鐵在中間位置時，電橋平衡，當(dāng)銜鐵在中間位置時，電橋平衡， Z1=Z2=Z0=JL0 Z1-Z2=0當(dāng)銜鐵偏離中間位置時，兩邊氣隙不等，兩只電感線圈當(dāng)銜鐵偏離中間位置時，兩邊氣隙不等，兩只電感線圈一增一減，電橋失去平衡。一增一減，電橋失去平衡。0000022ssULLUULLKUUKs0012K 稱為差動電感傳感器連成四臂電橋的靈敏度。稱為差動電感傳感器連成四臂電橋的靈敏度。K的物理意義是：銜鐵單位移動量引起的電橋輸出電壓。的物理意義是：銜鐵單位移動量引起的電橋輸出電壓。K值越大，靈敏度越高。值越大，靈敏度越高。 從上式中看出：從

11、上式中看出：A. K值與電橋的電源電壓值與電橋的電源電壓Us、初始?xì)庀?、初始?xì)庀?有關(guān)，提高電橋有關(guān)，提高電橋的電壓、減小初始?xì)庀?，可以提高靈敏度。的電壓、減小初始?xì)庀?，可以提高靈敏度。B. 電橋輸出電壓的幅值大小銜鐵移動量的大小成比例，其相電橋輸出電壓的幅值大小銜鐵移動量的大小成比例，其相位則與銜鐵的移動方向有關(guān)。假定向上移動時輸出電壓為正位則與銜鐵的移動方向有關(guān)。假定向上移動時輸出電壓為正，則向下移動時相位將反向，則向下移動時相位將反向1800為負(fù)。測量出電壓的大小和為負(fù)。測量出電壓的大小和相位，就確定銜鐵位移量的大小和方向。相位，就確定銜鐵位移量的大小和方向。交流變壓器式電橋交流變壓器式

12、電橋U0=UZ1/(Z1+Z2)-U/2=U (Z1-Z2)/(Z1+Z2)傳感器銜鐵在中間位置時，傳感器銜鐵在中間位置時，Z1=Z2=Z，U0=0傳感器銜鐵偏離中間位置時：傳感器銜鐵偏離中間位置時： P56圖圖3.5 變壓器式交流電橋測量電路變壓器式交流電橋測量電路 銜鐵上移時，銜鐵上移時，Z1=Z+Z，Z2=Z-Z U0= U/2 *L/2 銜鐵下移時，銜鐵下移時，Z1=Z-Z，Z2=Z+Z U0= -U/2 *L/2由于輸出由于輸出Uo是交流電壓，輸出指示無法判斷位移方是交流電壓，輸出指示無法判斷位移方向，必須配合相敏檢波電路來解決。向，必須配合相敏檢波電路來解決。 3.調(diào)幅電路調(diào)幅電路

13、 Z為傳感器線圈，為傳感器線圈，E為激勵電源。為激勵電源。當(dāng)傳感器線圈電感量發(fā)生變化時，諧振曲線當(dāng)傳感器線圈電感量發(fā)生變化時，諧振曲線將左右移動，工作點就在激勵電源頻率的縱將左右移動，工作點就在激勵電源頻率的縱坐標(biāo)直線上移動（如坐標(biāo)直線上移動（如A移至移至B點），于是輸出點），于是輸出電壓的幅值就發(fā)生相應(yīng)的變化，這種電路靈電壓的幅值就發(fā)生相應(yīng)的變化，這種電路靈敏度很高，但非線形嚴(yán)重，常與單線圈自感敏度很高，但非線形嚴(yán)重，常與單線圈自感式傳感器配合，用于測量范圍小或線形度要式傳感器配合，用于測量范圍小或線形度要求不高的場合。求不高的場合。 P57 圖3.6 諧振電路 4.調(diào)頻電路調(diào)頻電路L為傳感

14、器電感，為傳感器電感，C為電容，共同接入一個振為電容，共同接入一個振蕩回路中。蕩回路中。調(diào)頻電路的基本原理是傳感器電感調(diào)頻電路的基本原理是傳感器電感L變化將引變化將引起輸出電壓頻率的變化，根據(jù)起輸出電壓頻率的變化，根據(jù)f的大小即可測的大小即可測出被測量的值。出被測量的值。 P57 圖圖3.7 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 3.2 變壓器式傳感器變壓器式傳感器 變壓器式傳感器，也叫差動變壓器式傳感器，它是根變壓器式傳感器，也叫差動變壓器式傳感器，它是根據(jù)變壓器基本原理，把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈間據(jù)變壓器基本原理，把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈間互感量的變化?；ジ辛康淖兓?。 變壓器式傳感器與變壓器的區(qū)別是：

15、變壓器式傳感器與變壓器的區(qū)別是：變壓器為閉合磁路，而變壓器式傳感器為開磁路；變壓器為閉合磁路，而變壓器式傳感器為開磁路；變壓器初、次級線圈間的互感為常數(shù)，而變壓器式傳感變壓器初、次級線圈間的互感為常數(shù)，而變壓器式傳感器初、次級線圈間的互感隨銜鐵移動而變，且兩個次級器初、次級線圈間的互感隨銜鐵移動而變，且兩個次級繞組按差動方式工作。繞組按差動方式工作。 變壓器式傳感器結(jié)構(gòu)形式很多，主要有變間隙式、變變壓器式傳感器結(jié)構(gòu)形式很多，主要有變間隙式、變面積式和螺線管式，其中螺線管式傳感器使用最多，測面積式和螺線管式，其中螺線管式傳感器使用最多，測量范圍為量范圍為1100mm，其特點是測量精度高、靈敏度高

16、，其特點是測量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠。、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠。 3.2.1 螺線管式差動變壓器螺線管式差動變壓器 螺線管式差動變壓器由一個初級線圈、兩螺線管式差動變壓器由一個初級線圈、兩個次級線圈和插入線圈中央的圓柱形鐵芯個次級線圈和插入線圈中央的圓柱形鐵芯等組成。等組成。 等效電路如圖等效電路如圖3.9所示，其中所示，其中U1、I1為為初級線圈激勵電壓與電流（頻率為初級線圈激勵電壓與電流（頻率為w ）；）；L1、R1為初級線圈電感與電阻；為初級線圈電感與電阻；M1、M2分別為初級線圈與次級線圈分別為初級線圈與次級線圈1、2間的互感間的互感；L21、L22和和R21、R22分別為兩

17、個次級分別為兩個次級線圈的電感和電阻。線圈的電感和電阻。 在負(fù)載開路情況下，輸出電壓為在負(fù)載開路情況下，輸出電壓為 U2=2jwM*U1/(R1+jwL1) P49圖圖3.8 螺線管式差動變壓器螺線管式差動變壓器 P49圖圖3.9 等效電路等效電路 由于在一定的范圍內(nèi)，互感的變化由于在一定的范圍內(nèi)，互感的變化M與與位移位移x成正比，所以成正比，所以U2的變化與位移的變化的變化與位移的變化成正比。成正比。 實際上，當(dāng)銜鐵位于中心位置時，差動實際上，當(dāng)銜鐵位于中心位置時，差動變壓器的輸出電壓并不等于零，通常把差變壓器的輸出電壓并不等于零，通常把差動變壓器在零位移時的輸出電壓稱為動變壓器在零位移時的

18、輸出電壓稱為零點零點殘余電壓殘余電壓。它的存在使傳感器的輸出特性。它的存在使傳感器的輸出特性曲線不過零點，造成實際特性與理論特性曲線不過零點，造成實際特性與理論特性不完全一致。特性曲線如圖不完全一致。特性曲線如圖3.10所示。所示。 P50圖圖3.10 零點殘余電動勢零點殘余電動勢 零點殘余電動勢使得傳感器在零點附近零點殘余電動勢使得傳感器在零點附近的輸出特性不靈敏，為測量帶來誤差。的輸出特性不靈敏，為測量帶來誤差。零點殘余電壓產(chǎn)生的原因：零點殘余電壓產(chǎn)生的原因： 差動式電感傳感器的電氣參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺差動式電感傳感器的電氣參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸不可能完全對稱；寸不可能完全對稱； 傳感器具有鐵損即磁化曲線

19、的非線形；傳感器具有鐵損即磁化曲線的非線形； 電源電壓中含有高次諧波；電源電壓中含有高次諧波； 線圈具有寄生電容，線圈與外殼、鐵芯線圈具有寄生電容，線圈與外殼、鐵芯間有分布電容。間有分布電容。 為了減小零點殘余電動勢，可采用以下為了減小零點殘余電動勢，可采用以下方法：方法： 1.盡可能保證傳感器尺寸、線圈電氣參盡可能保證傳感器尺寸、線圈電氣參數(shù)和磁路對稱。數(shù)和磁路對稱。 2.減小電源中的諧波成分，減小電感傳減小電源中的諧波成分，減小電感傳感器的激磁電流，使之工作在磁化曲線的感器的激磁電流，使之工作在磁化曲線的線性段。線性段。 3.注意利用外殼進(jìn)行電磁屏蔽；注意利用外殼進(jìn)行電磁屏蔽； 4.采用補

20、償電路：采用補償電路：A串聯(lián)電阻消除零位電串聯(lián)電阻消除零位電壓；壓；B并聯(lián)電阻消除高次諧波零位電壓；并聯(lián)電阻消除高次諧波零位電壓；C并聯(lián)電容消除基波正交分量或高次諧波并聯(lián)電容消除基波正交分量或高次諧波分量。分量。 3.2.2 變間隙式差動變壓器傳感器變間隙式差動變壓器傳感器 由差動變壓器的特性可知，差動變壓由差動變壓器的特性可知，差動變壓器的輸出與初級線圈對兩個次級線圈的互器的輸出與初級線圈對兩個次級線圈的互感之差有關(guān)。結(jié)構(gòu)形式不同，互感的計算感之差有關(guān)。結(jié)構(gòu)形式不同，互感的計算方法就有所不同。方法就有所不同。型差動變壓器的輸出特型差動變壓器的輸出特性為性為 U0=-U*N2*/(N1 *0)

21、 P50 圖圖3.11 變間隙式變間隙式 輸出電壓輸出電壓Uo與銜鐵位移與銜鐵位移 成比例。式中成比例。式中負(fù)號表明負(fù)號表明 向上為正時，輸出電壓與電源向上為正時，輸出電壓與電源電壓反相；電壓反相； 向下為負(fù)時，兩者同相。向下為負(fù)時，兩者同相。 型差動變壓器傳感器的靈敏度表達(dá)式型差動變壓器傳感器的靈敏度表達(dá)式為為 K=U0/ =U*N2/0*N1 從上式看出：傳感器的靈敏度隨電源電壓從上式看出：傳感器的靈敏度隨電源電壓U的增大而提高，但的增大而提高，但U過大，易造成傳感器過大，易造成傳感器發(fā)熱而影響穩(wěn)定性，還可能出現(xiàn)磁飽和；發(fā)熱而影響穩(wěn)定性，還可能出現(xiàn)磁飽和；增加次級匝數(shù)增加次級匝數(shù)N2可提高

22、靈敏度，但可提高靈敏度，但N2過大過大，會使傳感器體積變大，且使零位電壓增，會使傳感器體積變大，且使零位電壓增大。大。 3.2.3 測量電路測量電路 1差動整流電路差動整流電路P51 圖圖3.12所示為典型的差動全波整流電所示為典型的差動全波整流電壓輸出電路。這種電路把差動變壓器的兩壓輸出電路。這種電路把差動變壓器的兩個次級輸出電壓分別全波整流，然后將整個次級輸出電壓分別全波整流，然后將整流電壓的差值作為輸出，電阻流電壓的差值作為輸出，電阻R0用于調(diào)整用于調(diào)整零點殘余電壓。零點殘余電壓。 圖圖3.13所示為差動全波整流電壓輸出所示為差動全波整流電壓輸出波形。波形。 P51圖圖3.12 差動整流

23、電路圖差動整流電路圖 P51 圖圖3.13 差動整流波形差動整流波形 A當(dāng)銜鐵在零位時，當(dāng)銜鐵在零位時，Uab=Ucd U12=U34 U0=U12-U34=0 B當(dāng)銜鐵向上移動時，當(dāng)銜鐵向上移動時，UabUcd U12U34 U0=U12-U340 C當(dāng)銜鐵向下移動時，當(dāng)銜鐵向下移動時，UabUcd U12U34 U0=U12-U340 銜鐵在移動方向的位移越大，銜鐵在移動方向的位移越大，U0的輸出電壓越大；的輸出電壓越大；U0的大小反映位移的大小，的大小反映位移的大小，U0的正負(fù)反映位移的方向。的正負(fù)反映位移的方向。2相敏檢波電路相敏檢波電路P52 P52圖圖3.14 二極管相敏檢波電路二

24、極管相敏檢波電路 u0與與u1同頻同相，同頻同相，u2為傳感器輸出電壓。為傳感器輸出電壓。u0為調(diào)制電壓，為調(diào)制電壓，u0，u2均由均由u1供電。供電。 相敏檢波電路工作原理如下：相敏檢波電路工作原理如下： 1）傳感器銜鐵上移時，）傳感器銜鐵上移時，x0, u2與與u1同同相：相： u0處于正半周時，處于正半周時，VD2、VD3導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD1、VD4截止，形成兩條電流通路，等效電截止，形成兩條電流通路，等效電路如圖路如圖3.15所示。電流通路所示。電流通路1為為 u01C VD2 B u22+ u22- RL u01- 電流通路電流通路2為為 u02+ RL u21+ u21- B VD3

25、 D u02- 當(dāng)當(dāng)u2與與u0同處于負(fù)半周時，同處于負(fù)半周時，VD1、VD4導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD2、VD3截止，同樣有兩條電流通路，等效電路如圖截止，同樣有兩條電流通路，等效電路如圖3.16所示所示。電流通路。電流通路1為為 u01+ RL u21+ u21- A R VD1 C u01- 電流通路電流通路2為為 u02+ D R VD4 A u21- u21+ RL u02- P52圖圖3.15 等效電路等效電路 P52 圖圖3.16 等效等效電路電路 u 01與與u 02是由同一變壓器提供且大小相是由同一變壓器提供且大小相等，所產(chǎn)生電流互相抵消，所以，負(fù)載等，所產(chǎn)生電流互相抵消，所以，負(fù)載R

26、L中電壓由中電壓由u2 1、u2 2決定。傳感器銜鐵上決定。傳感器銜鐵上移移 uL=RL*u2/n1(R+2RL) 2）傳感器銜鐵下移時，）傳感器銜鐵下移時，x0, u2與與u1反反相：相： 傳感器銜鐵下移傳感器銜鐵下移 uL=-RL*u2/n1(R+2RL 3.3 電渦流傳感器電渦流傳感器 3.3.1 電渦流傳感器的工作原理電渦流傳感器的工作原理 金屬導(dǎo)體被置于變化著的磁場中，或在磁場中運動，金屬導(dǎo)體被置于變化著的磁場中，或在磁場中運動，導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流被稱為電渦流或渦導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流被稱為電渦流或渦流，這種現(xiàn)象被稱為渦流效應(yīng)。流，這種現(xiàn)象被稱為渦流效應(yīng)。

27、 一般地，線圈電感量的變化與導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率一般地，線圈電感量的變化與導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)、激勵電流頻率，以及線圈、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)、激勵電流頻率，以及線圈與被測導(dǎo)體之間的距離有關(guān)。如果控制上述參數(shù)中的一個與被測導(dǎo)體之間的距離有關(guān)。如果控制上述參數(shù)中的一個參數(shù)改變，而其余參數(shù)恒定不變，則電感量就成為此參數(shù)參數(shù)改變，而其余參數(shù)恒定不變，則電感量就成為此參數(shù)的單值函數(shù)。如只改變線圈與金屬導(dǎo)體間的距離，則電感的單值函數(shù)。如只改變線圈與金屬導(dǎo)體間的距離，則電感量的變化即可反映出這二者之間的距離大小變化。量的變化即可反映出這二者之間的距離大小變化。 P53圖圖3.1

28、7 電渦流傳感器的工作原理電渦流傳感器的工作原理3.3.2 電渦流傳感器種類電渦流傳感器種類 1高頻反射式電渦流傳感器高頻反射式電渦流傳感器 由一個扁平線圈固定在框架上構(gòu)成。由一個扁平線圈固定在框架上構(gòu)成。 電渦流傳感器的線圈與被測金屬導(dǎo)體間是磁性耦合，電渦流傳電渦流傳感器的線圈與被測金屬導(dǎo)體間是磁性耦合，電渦流傳感器是利用這種耦合程度的變化來進(jìn)行測量的。感器是利用這種耦合程度的變化來進(jìn)行測量的。 被測物體的電導(dǎo)率越高，靈敏度也越高；磁導(dǎo)率則相反，當(dāng)被被測物體的電導(dǎo)率越高，靈敏度也越高；磁導(dǎo)率則相反，當(dāng)被測物體有剩磁將影響測量結(jié)果，因此應(yīng)予消磁。測物體有剩磁將影響測量結(jié)果，因此應(yīng)予消磁。 被測

29、體的大小與形狀也與靈敏度密切相關(guān)：被測體的大小與形狀也與靈敏度密切相關(guān)：被測體為平面，其直徑應(yīng)不小于線圈直徑的被測體為平面，其直徑應(yīng)不小于線圈直徑的1.8倍。被測體直徑為線倍。被測體直徑為線圈直徑的一半時，靈敏度減小一半；被測體的直徑更小則靈敏度下圈直徑的一半時，靈敏度減小一半；被測體的直徑更小則靈敏度下降更嚴(yán)重。降更嚴(yán)重。被測體為圓柱形，只有圓柱形直徑為線圈直徑的被測體為圓柱形，只有圓柱形直徑為線圈直徑的3.5倍以上，不影響倍以上，不影響測量結(jié)果；兩者相等時，靈敏度降低為測量結(jié)果；兩者相等時，靈敏度降低為70%左右。左右。被測體厚度要求大于被測體厚度要求大于0.2mm才不影響結(jié)果。才不影響結(jié)

30、果。 P54 圖圖3.18 高頻反射式電渦流傳感器高頻反射式電渦流傳感器 P54 圖圖3.19 低頻透射式電渦流傳感器低頻透射式電渦流傳感器 2低頻透射式電渦流傳感器低頻透射式電渦流傳感器 低頻透射式與高頻反射式區(qū)別在于它采用低頻激勵，貫低頻透射式與高頻反射式區(qū)別在于它采用低頻激勵，貫穿深度大，適用于測量金屬材料的厚度。穿深度大，適用于測量金屬材料的厚度。 低頻透射式電渦流傳感器有兩個線圈，一個是發(fā)射線圈低頻透射式電渦流傳感器有兩個線圈，一個是發(fā)射線圈L1，在其上加入電壓產(chǎn)生磁場；另一個是接收線圈，在其上加入電壓產(chǎn)生磁場；另一個是接收線圈L2，用以感應(yīng)電動勢。它們分別位于被測材料的上下方。用以

31、感應(yīng)電動勢。它們分別位于被測材料的上下方。 由于金屬板中產(chǎn)生渦流的大小與金屬板的厚度有關(guān)，金由于金屬板中產(chǎn)生渦流的大小與金屬板的厚度有關(guān)，金屬板越厚，則板內(nèi)產(chǎn)生的渦流越大，削弱的磁力線越多，屬板越厚，則板內(nèi)產(chǎn)生的渦流越大，削弱的磁力線越多，接收線圈中產(chǎn)生的電勢也越小。因此，可根據(jù)接收線圈輸接收線圈中產(chǎn)生的電勢也越小。因此，可根據(jù)接收線圈輸出電壓的大小，確定金屬板的厚度。出電壓的大小，確定金屬板的厚度。 3.3.3 測量電路測量電路 1載波頻率改變的調(diào)幅調(diào)頻式載波頻率改變的調(diào)幅調(diào)頻式 測量電路由測量電路由3個部分組成：電容三點式個部分組成：電容三點式振蕩器、檢波器和射極跟隨器。振蕩器、檢波器和射

32、極跟隨器。 P55 圖圖3.20 調(diào)頻調(diào)幅式測量電路調(diào)頻調(diào)幅式測量電路 2調(diào)頻式測量電路調(diào)頻式測量電路 P56 圖圖3.22 調(diào)頻式測量電路調(diào)頻式測量電路 3電橋電路電橋電路 P57 圖圖3.23 電橋法原理圖電橋法原理圖 3.4 變磁阻式傳感器的應(yīng)用變磁阻式傳感器的應(yīng)用P57 3.4.1 自感式傳感器的應(yīng)用自感式傳感器的應(yīng)用 1壓力測量壓力測量 P57 圖圖3.24 變間隙式差動電感壓力傳感變間隙式差動電感壓力傳感器器 2位移測量位移測量 1引線；引線；2線圈；線圈；3銜鐵；銜鐵；4測力彈簧；測力彈簧；5導(dǎo)桿；導(dǎo)桿；6測端測端 P58圖圖3.25 電感測微儀原理框圖電感測微儀原理框圖 3.4.2 變壓器式傳感器的應(yīng)用變壓器式傳感器的應(yīng)用 1加速度測量加速度測量