第3章 電感式傳感器打印稿

1、1 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)活動(dòng)電觸點(diǎn)，工作可靠，壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性也較好；（2）靈敏度和分辨率高，能測(cè)出0.01m的位移變化；（3）零點(diǎn)穩(wěn)定，漂移最小可達(dá)0.1m；（4）測(cè)量精度高，線性度和重復(fù)性都比較好；（5）輸出阻抗小，抗干擾能力強(qiáng)，輸出功率大，一般也有0.15V/mm的輸出值，能實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：頻率響應(yīng)較低，不宜快速動(dòng)態(tài)測(cè)控，存在交流零位信號(hào)等。 電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，利用線圈自感或互感的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量的一種裝置。 被測(cè)非電量被測(cè)非電量自感系數(shù)自感系數(shù)L互感系數(shù)互感系數(shù)MU、I、f23.1 電感式傳感器（自感）電感式傳感器（自感）

2、 3.2 差動(dòng)變壓器式傳感器差動(dòng)變壓器式傳感器（互感）（互感）3.3 電渦流式傳感器電渦流式傳感器（互感）（互感） 電感式傳感器種類(lèi)很多，根據(jù)轉(zhuǎn)換原理的不同可分為自感式和互感式（差動(dòng)變壓器、電渦流）（差動(dòng)變壓器、電渦流）兩種，根據(jù)結(jié)構(gòu)型式的不同，可分為氣隙型和螺管型兩種。互感（M）自感（L） 電感傳感器變氣隙厚度（閉磁路閉磁路）變氣隙面積（閉磁路閉磁路）螺管插鐵型（開(kāi)磁路開(kāi)磁路）電渦流差動(dòng)變壓器變氣隙厚度（閉磁路閉磁路）變氣隙面積（閉磁路閉磁路）螺管插鐵型（開(kāi)磁路開(kāi)磁路）低頻透射式高頻反射式電感式傳感器33.1 電感式傳感器 通常所說(shuō)的電感傳感器是自感傳感器，而自感的變化又以磁阻變化為主，本節(jié)

3、主要講自感式變磁阻傳感器。一、氣隙型電感傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理一、氣隙型電感傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理 二、等效電路二、等效電路 三、變氣隙厚度式電感傳感器三、變氣隙厚度式電感傳感器 四、變氣隙面積式電感傳感器四、變氣隙面積式電感傳感器 五、螺管插鐵型電感傳感器五、螺管插鐵型電感傳感器 六、差動(dòng)自感傳感器六、差動(dòng)自感傳感器七、七、電感式傳感器的應(yīng)用電感式傳感器的應(yīng)用4F氣隙厚度氣隙厚度 基本工作原理演示 結(jié)構(gòu)：最基本的閉磁路閉磁路氣隙型氣隙型自感式自感式變磁阻變磁阻電感傳感器，由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵都由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成。電感電感感抗感抗電流電流一、氣隙型電感傳感器結(jié)構(gòu)和

4、工作原理 力力磁阻磁阻5由磁路基本知識(shí)，線圈的電感值 m2RWL W線圈匝數(shù)；Rm磁路的總磁阻 一般空氣氣隙厚度很?。?.11mm），可以認(rèn)為氣隙磁場(chǎng)是均勻的，空氣氣隙磁阻 SR02222111FSlSlR導(dǎo)磁體總磁阻第一項(xiàng)為鐵芯磁阻，第二項(xiàng)為銜鐵磁阻；SSlSlRRR0222111Fm2若不考慮磁路的鐵損，磁路總磁阻可寫(xiě)為 6ll 磁通通過(guò)鐵芯的長(zhǎng)度(m)；Sl 鐵芯橫截面積(m2)；1 鐵芯材料的導(dǎo)磁率(Hm)l2 磁通通過(guò)銜鐵的長(zhǎng)度(m)；S2 銜鐵橫截面積(m2)；2 銜鐵材料的導(dǎo)磁率(Hm) 氣隙厚度(m)；S 氣隙橫截面積(m2)；0 空氣的導(dǎo)磁率(410-7Hm)。由于RFR，（

5、 1、 2 0 ），常常忽略RF ，因此，可得線圈電感為 SSSlSlRRR00222111Fm227222002SWSWL （此外，L 還與鐵芯導(dǎo)磁率 有關(guān)。某些鐵磁材料在受到外力作用時(shí)，在其內(nèi)部就產(chǎn)生應(yīng)力，從而引起導(dǎo)磁率發(fā)生變化，這就叫壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)。這種傳感器叫壓磁式傳感器。） 工作原理：在鐵芯和活動(dòng)銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為 ， 氣隙橫截面積為 S。傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連，當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí)，氣隙厚度（或氣隙橫截面積 S）發(fā)生變化，從而使磁路中磁阻變化，導(dǎo)致電感線圈的電感值變化，這樣可以籍以判別被測(cè)量的位移位移大小。 LRxmLRSxm 當(dāng)線圈匝數(shù) W 確定后，改變 和S 均可導(dǎo)致電感

6、的變化，因此變磁阻式傳感器又可分為變氣隙厚度和變氣隙面積兩種。8二、等效電路 實(shí)際上鐵芯線圈不可能呈現(xiàn)為純電感， L 還包含了線圈的銅損耗電阻 Rc ，鐵芯渦流損耗電阻 Re和磁滯損耗電阻Rh ；還存在線圈固有電容和電纜的分布電容，用集中參數(shù) C 表示。電感式傳感器可用等效電路表示，它可以用一個(gè)復(fù)阻抗 Z 來(lái)等效。 9三、變氣隙厚度式電感傳感器 220SWL 當(dāng)電感傳感器線圈匝數(shù) W 和氣隙面積 S 一定時(shí)，電感量 L 與氣隙厚度 成反比，是非線性關(guān)系。 設(shè)初始?xì)庀稙?，初始電感量為 L0 ，銜鐵位移引起的氣隙變化量為，那么初始電感量為 02002SWL 當(dāng)銜鐵下移時(shí)，傳感器氣隙增大， =0+

7、 ，則電感量減少，0001LLLL電感變化量)(2020SWL10電感量的相對(duì)變化為 0000111LL當(dāng) 1時(shí)（很小位移），可將上式展開(kāi)成級(jí)數(shù)形式為 3020001LL 當(dāng)銜鐵上移 時(shí)，氣隙減小，即=0，電感量增大，0000211LL0忽略掉二次項(xiàng)以上的高次項(xiàng)，001LLL1與成線性關(guān)系。電感的相對(duì)變化量為10002LLLLL11 忽略掉二次項(xiàng)以上的高次項(xiàng)， L2與成線性關(guān)系。 由此可見(jiàn)，高次項(xiàng)是造成非線性的主要原因，且L1 和L2 是不相等的。當(dāng)/0 越小時(shí)，則高次項(xiàng)迅速減小，非線性得到改善。這說(shuō)明了輸出特性和測(cè)量范圍之間存在矛盾，所以，變氣隙厚度式電感傳感器用于測(cè)量微小位微小位移量移量是

8、比較精確的（測(cè)量范圍：0.0011mm）。一般實(shí)際應(yīng)用中，取/00.1。 由于0 很小，所以 KL 很大。但非線性誤差大，為了減小非線性誤差，增加靈敏度，實(shí)際測(cè)量中廣泛采用差動(dòng)式電感傳感器。 3020002LL當(dāng) 1時(shí)，同樣展開(kāi)成級(jí)數(shù)為 002LL000LLLLK忽略二次以上項(xiàng)后，傳感器靈敏度為012四、變氣隙面積式電感傳感器 氣隙厚度保持不變，而改變鐵芯與銜鐵之間的相對(duì)遮蓋面積（即氣隙磁路截面積）。 2200SWL 設(shè)初始時(shí)鐵芯與銜鐵之間的相對(duì)遮蓋面積（即鐵芯橫截面積）Sab，a 為截面長(zhǎng)度，b 為截面寬度。銜鐵的位移量為 x 。則由于銜鐵位移而產(chǎn)生的線圈電感變化量為 axLbxWbWxaa

9、bWLLL02020200222其電感的相對(duì)變化量 axaxLL0（線性）13 變氣隙面積式電感傳感器的電感變化量（或相對(duì)變化量）與輸入位移量有線性關(guān)系。如圖所示是一條直線。實(shí)際上，這條直線是有范圍的，一旦當(dāng) x a 時(shí)就不再存在直線關(guān)系了。 同時(shí)由于漏磁阻的影響，其線性范圍也是有限的。 aLxLK0L靈敏度14五、螺管插鐵型電感傳感器 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：一個(gè)螺管線圈內(nèi)套入一個(gè)活動(dòng)的柱型銜鐵，就構(gòu)成了螺管型電感傳感器。（開(kāi)磁路） 工作原理：工作原理：螺管型電感傳感器是基于線圈激勵(lì)的磁通路徑因活動(dòng)的柱型銜鐵的插入深度不同，其磁阻發(fā)生變化，從而使線圈電感量產(chǎn)生了改變。在一定范圍內(nèi)，線圈電感量與銜鐵位移量

10、（銜鐵插入深度）有對(duì)應(yīng)關(guān)系。 與閉磁路相同，都因銜鐵位置改變，而使磁阻改變，從而使線圈電感量改變，所以都屬自感型。 是開(kāi)磁路開(kāi)磁路自感式自感式變磁阻變磁阻電感傳感器。 15當(dāng) r l 時(shí)，可認(rèn)為螺管內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度是均勻的，線圈總電感為2cr220rrlWL若鐵芯長(zhǎng)度lc l，則線圈總電感為2ccr2220rllrlWL當(dāng)鐵芯長(zhǎng)度lc增加lc （x）時(shí)，線圈電感增加Lc2cr220lrlWLr2cccc11rrllllLL電感相對(duì)變化量為l 線圈長(zhǎng)度r 線圈平均半徑W 線圈匝數(shù)rc 鐵芯半徑0 r鐵芯磁導(dǎo)率lc鐵芯長(zhǎng)度16 注意：注意：由于螺管內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度沿軸向并非均勻，因而實(shí)際上螺管插鐵型傳感器的輸

11、出特性并非線性。v 變氣隙厚度式電感傳感器的靈敏度很高，但非線性誤差大，量程小，制作難度比較大。常用于微小位移量精密測(cè)量。v 變氣隙面積式電感傳感器的線性度好，其量程較大，但靈敏度較低。常用于角度測(cè)量。v 螺管插鐵型電感傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制作、量程大，但靈敏度低。 crL,rWK其電感靈敏度為2cr220cLrlWlLK 當(dāng)螺管結(jié)構(gòu)確定后，r，W，l，rc及r 均為定值，而且 lc 實(shí)際上為銜鐵的位移輸入量（x）?？梢?jiàn)，螺管插鐵型電感傳感器的電感量 L 與位移量 x（ lc）成線性關(guān)系。17六、差動(dòng)自感傳感器 上述三種單一式的傳感器，由于線圈電流的存在，它們的銜鐵都受單向電磁力作用，而且易受

12、電源電壓和頻率的波動(dòng)及溫度變化等外界干擾的影響，因此不適合精密測(cè)量。在不少場(chǎng)合，它們的非線性（即使是變面積式傳感器，由于磁通邊緣效應(yīng)，實(shí)際上也存在非線性）限制了使用。因此絕大多數(shù)自感式傳感器都采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)。 利用兩只完全對(duì)稱(chēng)的單個(gè)電感傳感器合用一個(gè)活動(dòng)銜鐵，這樣可構(gòu)成差動(dòng)式電感傳感器。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是上、下兩個(gè)磁體的幾何尺寸、材料、電氣參數(shù)均完全一致。傳感器的兩只電感線圈接成交流電橋的相鄰橋臂，另外兩只橋臂由電阻組成，它們構(gòu)成四臂交流電橋，供橋電源為交流，橋路輸出為交流電壓。 1. 結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理 2. 輸出特性輸出特性 3. 測(cè)量電路測(cè)量電路 181.結(jié)構(gòu)和工作原理 以變氣隙厚度

13、式差動(dòng)電感傳感器為例： 初始狀態(tài)時(shí)，銜鐵位于中間位置，兩邊空隙相等。因此，兩只電感線圈的電感量相等，電橋輸出為0，即電橋處于平衡狀態(tài)。 當(dāng)銜鐵偏離中間位置向上或向下移動(dòng)時(shí)，造成兩邊氣隙不一樣，使兩只電感線圈的電感量一增一減（變化量相等），電橋不平衡。電橋輸出電壓的大小與銜鐵移動(dòng)的大小成比例，其相位則與銜鐵移動(dòng)量的方向有關(guān)。向下、向上移動(dòng)同樣位移，輸出電壓幅值相等相位相差180。因此，只要能測(cè)量出輸出電壓的大小和相位，就可以決定銜鐵位移的大小和方向。變氣隙厚度式差動(dòng)結(jié)構(gòu)變氣隙厚度式差動(dòng)結(jié)構(gòu)變面積式差動(dòng)結(jié)構(gòu)變面積式差動(dòng)結(jié)構(gòu)螺管式差動(dòng)結(jié)構(gòu)螺管式差動(dòng)結(jié)構(gòu)192. 輸出特性 005030001222 L

14、LLLL02012SWL02022SWL L0為銜鐵在中間位置時(shí)，單個(gè)線圈的電感量。1020 差動(dòng)式電感傳感器的非線性在工作范圍內(nèi)要比單個(gè)電感傳感器小很多，電橋的輸出電壓大小和銜鐵的位移量有關(guān)，它的相位則與銜鐵移動(dòng)方向有關(guān)。相位相差180。 忽略高次項(xiàng)后得靈敏度00L2LK l 靈敏度比單個(gè)線圈的傳感器提高一倍；l 抗干擾能力強(qiáng)；l 兩個(gè)線圈單向電磁力互相抵消。靈敏度靈敏度提高一倍提高一倍用了半橋差動(dòng)形式：213. 測(cè)量電路 電感傳感器的測(cè)量電路有交流電橋式、諧振式和調(diào)頻等幾種。電橋式應(yīng)用最普遍。 (1)交流電橋式測(cè)量電路 把差動(dòng)傳感器的兩個(gè)線圈作電橋的兩個(gè)橋臂 Zl 和 Z2 ，另外兩個(gè)相鄰

15、的橋臂用純電阻（Z3R，Z4=R）代替。對(duì)于高 Q（品質(zhì)因數(shù)）值（Q=L/R）的差動(dòng)式電感傳感器，其輸出電壓 0AC00AC1ACo2jj22LLULLRUZZUUL0銜鐵在中間位置時(shí)，單個(gè)線圈的電感，R0為其損耗； L兩線圈電感的變化量。 0ACoUU 電橋輸出電壓與位移有關(guān)，越大，幅值越大；銜鐵移動(dòng)方向相反，相位相差180 。 22當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，即Z1Z2Z，此時(shí) ，電橋平衡。當(dāng)銜鐵下移時(shí)， Z 1ZZ，Z2ZZ橋路輸出電壓 當(dāng)銜鐵上移同樣大小的距離時(shí)， Z1ZZ ，Z2ZZ(2)變壓器式交流電橋 電橋兩臂Z1和Z2為傳感器線圈阻抗，另外兩臂為交流變壓器次級(jí)線圈的1/2阻抗（兩個(gè)次

16、級(jí)線圈的阻抗）。 設(shè)負(fù)載阻抗為無(wú)窮大，0oU 銜鐵上、下移動(dòng)同樣位移時(shí)，輸出電壓大小相等，但方向相反，（也就是說(shuō)幅值相等，相位相差180）。ZZEU2oZZEU2o23 由于 是交流電壓，所以輸出電壓 也是交流電壓，在輸入到指示器前必須先進(jìn)行整流、濾波。 當(dāng)使用無(wú)相位鑒別的整流器時(shí)，輸出電壓無(wú)法辨別位移方向（如圖a） ，且存在零點(diǎn)殘余電壓。 若采用相敏檢波器就可鑒別出輸出電壓的極性隨位移方向變化而變化（也就是說(shuō)可以鑒別位移方向），同時(shí)還可消除殘余電壓（如圖b）。 E 殘余電壓是由兩線圈損耗電阻不平衡以及高次諧波等原因引起的。oU24七、電感式傳感器的應(yīng)用（差動(dòng)） 電感式傳感器一般用于接觸式接觸

17、式位移測(cè)量，可精密測(cè)量?jī)?nèi)徑、外徑、不平行度、粗糙度、不垂直度、振擺、偏心和圓度等；作為軸承滾動(dòng)自動(dòng)分選機(jī)的主要測(cè)量部件，可以分選大、小鋼球、圓柱、圓錐等；也可以用于振動(dòng)、壓力、荷重、流量、液位等參數(shù)測(cè)量。旋轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)盤(pán)1. 電感式圓度儀 （不圓度儀） 測(cè)量頭25 連接傳感器3的耐磨測(cè)端5與精密主軸2一起回轉(zhuǎn)，主軸2精度很高，在理想情況下可認(rèn)為它回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡是“真圓”。當(dāng)被測(cè)件有圓度誤差時(shí)，必定相對(duì)“真圓”產(chǎn)生徑向偏差，該偏差值被傳感器感受并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。載有半徑偏差信息的電信號(hào)，經(jīng)放大、相敏檢波、濾波、AD轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)處理，最后用數(shù)字顯示出圓度誤差，或用記錄器記錄下被測(cè)件的輪廓圖形（徑向偏差

18、）。 1被測(cè)物；被測(cè)物；2 精密主軸；精密主軸；3 傳感器；傳感器；4 工作臺(tái)；工作臺(tái)；5耐磨測(cè)端（鎢鋼或紅寶石）耐磨測(cè)端（鎢鋼或紅寶石）262. 磨床磨加工連續(xù)表面主動(dòng)測(cè)量?jī)x 上、下測(cè)量杠桿3和8上的兩個(gè)量端2和1在彈簧4作用下同時(shí)在工件孔的直徑方向上進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)得的尺寸變化傳遞給傳感器6，油缸5通過(guò)活塞頂動(dòng)支塊7使兩量端2和1產(chǎn)生收攏和張開(kāi)動(dòng)作，防止測(cè)量裝置在進(jìn)出測(cè)位時(shí)量端與工件相碰。 在實(shí)際的測(cè)量?jī)x中，測(cè)量杠桿3、8之間的距離是可調(diào)的，從而適應(yīng)不同尺寸的測(cè)量。 配以前面所講的測(cè)量電路，就可以得到相應(yīng)位移所對(duì)應(yīng)的電壓，從而驅(qū)動(dòng)顯示儀表。再配以后處理電路，可以發(fā)出粗磨、精磨、光磨和尺寸到四

19、個(gè)控制信號(hào)，從而對(duì)內(nèi)圓或外圓連續(xù)表面磨加工進(jìn)行主動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制，適應(yīng)于大批量生產(chǎn)。1、2量端；量端； 3、8 測(cè)量杠桿；測(cè)量杠桿； 4-彈簧彈簧 5油缸；油缸；6差動(dòng)電感傳感器；差動(dòng)電感傳感器；7 工作臺(tái)工作臺(tái) 273. 直線度及平面度測(cè)量系統(tǒng) 傳感器固定在數(shù)控銑床的主軸上，測(cè)量直線度時(shí)，使數(shù)控銑床沿被測(cè)直線運(yùn)動(dòng)，定距離地對(duì)直線上的點(diǎn)進(jìn)行采樣，從而計(jì)算出直線的直線度；測(cè)量平面度時(shí)，使數(shù)控銑床沿一定的網(wǎng)格進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并在網(wǎng)格點(diǎn)上進(jìn)行采樣，通過(guò)計(jì)算可得被測(cè)平面的平面度。 直線度及平整度測(cè)量電路方塊圖直線度及平整度測(cè)量電路方塊圖直線度及平整度測(cè)量示意圖直線度及平整度測(cè)量示意圖284.電感式滾柱直徑分

20、選裝置 軸向式電感測(cè)微器軸向式電感測(cè)微器軸承圓柱滾子軸承圓柱滾子1 1引線電纜2 2固定磁3 3銜鐵4 4線圈5 5測(cè)力彈簧6 6防轉(zhuǎn)銷(xiāo)7 7鋼球?qū)к墸ㄖ本€軸承）8 8測(cè)桿9 9密封套1010測(cè)端1111被測(cè)工件1212基準(zhǔn)面 2911氣缸氣缸 22活塞活塞 33推桿推桿 44被測(cè)滾柱被測(cè)滾柱 55落料管落料管 66電感測(cè)微器電感測(cè)微器77鎢鋼測(cè)頭鎢鋼測(cè)頭 88限位擋板限位擋板 99電磁翻板電磁翻板 1010容器（料斗）容器（料斗） 30落落料振動(dòng)臺(tái)料振動(dòng)臺(tái)滑道滑道1111個(gè)分選倉(cāng)位個(gè)分選倉(cāng)位廢料倉(cāng)廢料倉(cāng)3111標(biāo)準(zhǔn)靠模樣板標(biāo)準(zhǔn)靠模樣板 22測(cè)端（靠模輪）測(cè)端（靠模輪） 33差動(dòng)電感測(cè)微器差動(dòng)

21、電感測(cè)微器 44銑刀龍門(mén)框架銑刀龍門(mén)框架 55立柱立柱 66伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī) 77銑刀銑刀 88毛坯毛坯仿形頭仿形頭主主軸軸仿形銑床仿形銑床5.電感傳感器在仿形機(jī)床中的應(yīng)用 323.2 差動(dòng)變壓器式傳感器差動(dòng)變壓器式傳感器圖片差動(dòng)變壓器式傳感器圖片一、結(jié)構(gòu)與工作原理一、結(jié)構(gòu)與工作原理 二、等效電路二、等效電路三、測(cè)量電路三、測(cè)量電路四、差動(dòng)變壓器的應(yīng)用四、差動(dòng)變壓器的應(yīng)用 前面介紹的電感式傳感器是基于將電感線圈的自感自感變化代替被測(cè)量的變化，本節(jié)及下節(jié)介紹的差動(dòng)變壓器式傳感器和電渦流傳感器則是把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為互感互感的變化，是互感式傳感器。 差動(dòng)變壓器式傳感器初級(jí)線圈輸入交流電壓，次級(jí)

22、線圈則互感應(yīng)出電勢(shì)。因其原理類(lèi)似于變壓器，所以稱(chēng)為變壓器式傳感器，也分為閉磁閉磁路路和開(kāi)磁路開(kāi)磁路兩種。 由于變壓器的次級(jí)線圈常接成差動(dòng)形式，故這類(lèi)傳感器常稱(chēng)為差動(dòng)變壓器式傳感器。（一般稱(chēng)為差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器） 33差動(dòng)變壓器式位移傳感器差動(dòng)變壓器式位移傳感器 旋轉(zhuǎn)差動(dòng)變壓器傳感器旋轉(zhuǎn)差動(dòng)變壓器傳感器 34一、結(jié)構(gòu)與工作原理 差動(dòng)變壓器也有變氣隙厚度變氣隙厚度式、變氣隙面積變氣隙面積式與螺管式螺管式三種類(lèi)型。圖（a）、（b）、（c）為變氣隙厚度式，靈敏度較高，但測(cè)量范圍小，一般用于測(cè)量幾到幾百m的位移；圖（d）、（e）為變氣隙面積式，除圖示E型與四極型外，還常做成八極，十六極型，一般可分辨零

23、點(diǎn)幾角秒以下的微小角位移，線性范圍達(dá)10;圖（f）為螺管式。 差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，但其工作原理基本一樣。（a）（）（b）（）（c）變氣隙厚度式變氣隙厚度式（d）（）（e）變氣隙變面積式）變氣隙變面積式 （f）螺管式螺管式35 以螺管型差動(dòng)變壓器為例。它可以測(cè)量1100mm的機(jī)械位移，并具有測(cè)量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此也被廣泛用于非電量的測(cè)量。 由初級(jí)線圈P、兩個(gè)次級(jí)線圈 Sl 、S2 和插入線圈中央的圓柱形鐵芯b 組成，結(jié)構(gòu)形式又有三段式和兩段式等之分。 次級(jí)線圈 Sl 和 S2 反極性串聯(lián)反極性串聯(lián)。當(dāng)初級(jí)線圈P 加上某一頻率的正弦交流電壓 后，次級(jí)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電

24、壓為 和 ，它們的大小與鐵芯在線圈內(nèi)的位置有關(guān)。 和 反極性連接便得到輸出電壓 。 PE1SE2SE（a）三段式三段式 （b）二段式二段式電氣連接線路圖電氣連接線路圖1SE2SE2S1SSEEE36鐵芯偏離中心位置時(shí)，輸出電壓 ，鐵芯越偏離中心位置， 幅值越大；鐵芯向上或向下，偏離同樣位移， 幅值相等，但相位相差180。l 當(dāng)鐵芯位于線圈中心位置時(shí)，l 當(dāng)鐵芯向上移動(dòng)時(shí)，M1 增大，M2 減小；l 當(dāng)鐵芯向下移動(dòng)時(shí)，M1減小，M2增大。 ,2S1SEE02S1SSEEE2S1SEE1S2SEE0SESESESE37 實(shí)際上，鐵芯位于中心位置，輸出電壓并不是零電位，而是E0， E0被稱(chēng)為零點(diǎn)殘余

25、電壓零點(diǎn)殘余電壓。 E0產(chǎn)生的原因很多：差動(dòng)變壓器本身制作上的問(wèn)題（材料、工藝差異）；導(dǎo)磁體靠近的安裝位移；鐵芯長(zhǎng)度；激磁頻率的高低等。零點(diǎn)殘余電壓的基波相位與ES差90 ，另外零點(diǎn)殘余電壓還有以二次、三次為主的諧波成分。在實(shí)際使用時(shí)，必須設(shè)法減小 E0 ，否則將會(huì)影響傳感器測(cè)量結(jié)果。 38二、等效電路 如果不考慮差動(dòng)變壓器的渦流損耗、鐵芯損耗和寄生（耦合）電容等，得出差動(dòng)變壓器的等效電路。 LP、RP初級(jí)線圈電感和有效電阻； 初級(jí)線圈激勵(lì)電壓、電流； 兩個(gè)次級(jí)線圈感應(yīng)電壓； 輸出電壓； M1、M2初級(jí)線圈與兩次級(jí)線圈間的互感系數(shù)。 LS1、LS2兩次級(jí)線圈的電感； RS1、RS2兩次級(jí)線圈的

26、損耗電阻； 激勵(lì)電壓的頻率。 當(dāng)次級(jí)開(kāi)路時(shí)，初級(jí)線圈的交流電流為 PpPpj LREIPPIE、SE次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)為 p11SjIMEp22SjIME2S1SEE、39差動(dòng)變壓器輸出電壓為 PPP212S1SSjjLREMMEEE輸出電壓的有效值為 下面分三種情況進(jìn)行分析： 鐵芯處于中間平衡位置時(shí)， M1 = M2 = M ， ES = 0； 鐵芯上升時(shí)， M1=M+M，M2=MM 2P2PP21SLREMME2P2PPS2LRMEE與 同相1SEMMEMMLRMEE0S2P2PPS222P2PPS2LRMEE 鐵芯下降時(shí)， M1=MM，M2=M+M 輸出電壓還可統(tǒng)一寫(xiě)成ES0 為鐵芯處于中

27、心平衡位置時(shí)單個(gè)次級(jí)線圈的感應(yīng)電壓與 同相2SE40三、測(cè)量電路 差動(dòng)變壓器輸出的是交流電壓，若用交流模擬、數(shù)字電壓表測(cè)量，只能反映鐵芯位移的大小，不能反映移動(dòng)方向。另外，其測(cè)量值必定含有零點(diǎn)殘余電壓。為了達(dá)到能辨別移動(dòng)方向和消除零點(diǎn)殘余電壓的目的，實(shí)際測(cè)量時(shí)，常常采用下面介紹的兩種測(cè)量電路：相敏檢波電路和差動(dòng)整流電路。 差動(dòng)半橋交流電橋差動(dòng)半橋交流電橋1. 二極管相敏檢波電路41 上圖為原理電路，差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)線圈（或差動(dòng)電感傳感器的兩個(gè)線圈以及差動(dòng)電容等阻抗）L1和L2阻抗分別為Z1與 Z2，作為交流電橋相鄰的兩個(gè)橋臂；兩個(gè)阻抗相同的Z3與Z4（也可為純電阻）作為交流電橋的另外兩個(gè)橋

28、臀； D1、D2、D3、D4四只型號(hào)特性相同的二極管構(gòu)成相敏整流器，插入電橋中間；輸入電壓加在A、B 兩點(diǎn)；輸出電壓從C、D 兩點(diǎn)輸出；指示儀表為零刻度居中的直流電壓表或直流數(shù)字電壓表。 42 右圖為實(shí)際電路。在實(shí)際電路中，L1 與L2 間串接電位器 RP1 以作調(diào)節(jié)零位用；二極管中串聯(lián)四個(gè)線繞電阻R1、R2 、R3、R4以減少溫度變化引起相敏整流器特性變化而造成的誤差；C3為濾波電容；RP2是平衡電位器；電橋輸入電壓由變壓器次級(jí)供給；初級(jí)采用磁飽和穩(wěn)壓器R5 和C4 ；SD為電源指示燈。 開(kāi)始時(shí)，當(dāng)銜鐵處于中間位置，即傳感器未作測(cè)量前，Z1 = Z2 = Z，電橋理論上處于平衡，D點(diǎn)電位等于

29、點(diǎn)電位等于C點(diǎn)電位點(diǎn)電位，即Uo = UCD = 0。43C 點(diǎn)電位由于Z1 的增大而比平衡時(shí)降低；在AFDB 支路中，D點(diǎn)的電位由于Z2 的減小而比平衡時(shí)增高，所以得到D點(diǎn)的電位高于點(diǎn)的電位高于C點(diǎn)的電位點(diǎn)的電位。設(shè)這時(shí)直流電壓表指針向左（正向）偏轉(zhuǎn)。銜鐵向上位移越大，D、C 兩點(diǎn)電位差越大電壓表指針向左（正向）偏轉(zhuǎn)越大。 當(dāng)銜鐵向上位移向上位移，使兩個(gè)線圈的阻抗發(fā)生變化，Z1ZZ，Z2 ZZ。v 輸入交流電壓為正半周正半周時(shí)，A點(diǎn)電位高，B點(diǎn)電位低，二極管D1、D4導(dǎo)通，D2 、D3 截止。在AECB支路中，v 輸入交流電壓為負(fù)半周負(fù)半周時(shí)，A點(diǎn)電位低，B點(diǎn)電位高，二極管D2、D3 導(dǎo)通，

30、D1、D4截止。在BCFA支路中，C點(diǎn)的電位由于 Z2 的減小而比平衡時(shí)降低；而B(niǎo)DEA支路中，D點(diǎn)的電位由于Z1 的增加而比平衡時(shí)增高。所以仍然是D點(diǎn)的電位高于點(diǎn)的電位高于C點(diǎn)的電位點(diǎn)的電位，直流電壓表指針仍然向左（正向）偏轉(zhuǎn)。銜鐵向上位移越大，D、C 兩點(diǎn)電位差越大電壓表指針向左（正向）偏轉(zhuǎn)越大。44 這就是說(shuō)，只要是銜鐵向上位移，不論輸入電壓是正半周還是負(fù)半周，D點(diǎn)的電位總是高于C點(diǎn)的電位，直流電壓表總是正向偏轉(zhuǎn)，設(shè)此時(shí)輸出電壓為正。 從上述分析可知，這種橋式電路中二極管D1、D4和D2、D3的導(dǎo)通和截止是由輸入電壓（即A、B兩點(diǎn)的電位）所決定的。輸入電壓為正半周時(shí)D1、D4導(dǎo)通，D2、

31、D3截止；輸入電壓為負(fù)半周時(shí)Dl 、D4截止，D2、D3導(dǎo)通。這就是相敏整流，即四只整流二極管的導(dǎo)通和截止是受輸入電壓的極性（相位）來(lái)控制的。由D1、D2、D3、D4四只二極管組成的全波整流電路即為相敏整流器。 同理可以分析得出：當(dāng)銜鐵向下位移向下位移時(shí)，不論輸入電壓是正半周還是負(fù)半周，C點(diǎn)的電位總是高于點(diǎn)的電位總是高于D點(diǎn)的電位點(diǎn)的電位，直流電壓表總是向右（反向）偏轉(zhuǎn)，輸出電壓總是負(fù)的。銜鐵向下位移越大，C、D兩點(diǎn)電位差越大，電壓表指針向右（反向）偏轉(zhuǎn)越大。45 由此可見(jiàn)，采用帶相敏整流器的交流電橋，所得到的輸出信號(hào)既能反映位移大小(電壓數(shù)值)，也能反映位移的方向(電壓的極性)，因此可得如右

32、圖所示的輸出特性。 并且還可以看到，帶相敏整流器的交流電橋能更好地消除零點(diǎn)殘余電壓(因?yàn)?，輸出信?hào)從負(fù)到正總要通過(guò)零點(diǎn))。 46v 集成化的相敏檢波電路 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，相繼出現(xiàn)各種性能的集成電路的相敏檢波器，例如LZXl 單片相敏檢波電路，為全波相敏檢波放大器，它與差動(dòng)變壓器的連接如圖所示。相敏檢波電路要求參考電壓和差動(dòng)變壓器次級(jí)輸出電壓同頻率，相位相同或相反，因此，需要在線路中接入移相電路。如果位移量很小，差動(dòng)變壓器輸出端還要接入放大器，將放大后的信號(hào)輸入到LZXl 的輸入端。 通過(guò)LZXl全波相敏檢波輸出的信號(hào)，還須經(jīng)過(guò)低通濾波器，濾去調(diào)制時(shí)引入的高頻信號(hào)，只讓與 x 位移信號(hào)對(duì)

33、應(yīng)的直流電壓信號(hào)通過(guò)。472. 差動(dòng)整流電路 這種電路是把差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)電壓分別整流，然后將它們整流的電壓或電流的差值作為輸出。(a)半波電壓輸出半波電壓輸出 (b)全波電壓輸出全波電壓輸出(c)半波電流輸出半波電流輸出 (d)全波電流輸出全波電流輸出 (a) 、(b)是電壓輸出型整流電路，用在連接高阻抗負(fù)載（如數(shù)字電壓表）的場(chǎng)合；(c) 、(d)是電流輸出型整流電路，用在連接低阻抗負(fù)載（如動(dòng)圈式電流表）的場(chǎng)合。 以全波電壓輸出電路為例： 48 無(wú)論兩個(gè)次級(jí)線圈的輸出瞬時(shí)電壓極性如何，流經(jīng)兩個(gè)電阻R 的電流總是從 a 到 b，從 d 到c，故整流電路的輸出電壓為 dcabcdabadUU

34、UUUUo 當(dāng)鐵芯在中間位置時(shí)（位移x = 0），Uo = 0；鐵芯在零位以上時(shí)（ Ua Ud ）；鐵芯在零位以下（ Ua Ud ）時(shí)，輸出電壓的極性相反，且位移越大，輸出電壓的幅值越大，實(shí)現(xiàn)了既能測(cè)量位移大小，又能辨別位移方向，同時(shí)還能消除零點(diǎn)殘余電壓。 49四、差動(dòng)變壓器的應(yīng)用 差動(dòng)變壓器主要用于位移位移測(cè)量?？梢宰鳛榫軠y(cè)量?jī)x的主要部件，對(duì)零件進(jìn)行多種精密測(cè)量工作，如內(nèi)徑、外徑、不平行度、粗糙度、不垂直度、振擺、偏心、橢圓度、零件膨脹、應(yīng)變等。也可測(cè)量液位、振動(dòng)、壓力等。手持式粗糙度儀金剛石測(cè)頭金剛石測(cè)頭50浮子鐵芯液罐1位移測(cè)量 液位測(cè)量 如圖所示，浮子隨液位變化帶動(dòng)鐵芯上下移動(dòng)。 當(dāng)

35、某一設(shè)定液位使鐵芯處于中心位置時(shí)，差動(dòng)變壓器輸出信號(hào) Uo = 0 ； 當(dāng)液位上升或下降時(shí)，Uo 0 ，通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量電路可測(cè)得Uo大小和正負(fù)，便能確定液位的高低。51 利用差動(dòng)變壓器加上懸臂梁彈性支承可構(gòu)成加速度計(jì)。該系統(tǒng)固有頻率不可能很高。所以，能測(cè)量的振動(dòng)頻率上限就受到限制，一般在150Hz以下。 高頻時(shí)加速度測(cè)量用壓電式傳感器。 (a)(a)結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)； (b)(b)測(cè)量電路框圖測(cè)量電路框圖1-1-彈性支承；彈性支承；2-2-差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器 2振動(dòng)和加速度測(cè)量 523壓力測(cè)量 差動(dòng)變壓器和彈性敏感元件組合，可以組成開(kāi)環(huán)壓力傳感器。由于差動(dòng)變壓器輸出是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，常稱(chēng)為變送器。 這種

36、微壓力變送器，經(jīng)分檔可測(cè)(4 + 6) 104 N/m2 的壓力，輸出信號(hào)電壓為 050 mV，精度1級(jí)、1.5級(jí)。(a)微壓變送器；微壓變送器； (b)測(cè)量電路框圖測(cè)量電路框圖1-接頭；接頭；2-膜盒；膜盒；3-底座；底座；4-線路板；線路板；5-差動(dòng)變壓器線差動(dòng)變壓器線圈；圈； 6-銜恢；銜恢；7-罩光；罩光；8-插頭；插頭；9-通孔通孔53 電渦流傳感器是一種基于電渦流效應(yīng)原理的傳感器。也是基于電磁感應(yīng)原理，屬于互感式電感傳感器。 變化著的磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)導(dǎo)體塊時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流的流線呈閉合回線，類(lèi)似水渦形狀，故稱(chēng)之為電渦流電渦流。電渦流效應(yīng) 電渦流的大小I是導(dǎo)體的電阻率、相對(duì)導(dǎo)

37、磁率r、導(dǎo)體厚度t、線圈激勵(lì)信號(hào)角頻率以及線圈與導(dǎo)體塊之間的距離x等參數(shù)的函數(shù)。若固定某些參數(shù)，就能按渦流的大小測(cè)量出另外某一參數(shù)。),(xtfI3.3 電渦流式傳感器 54 電渦流傳感器最大的特點(diǎn)是能對(duì)位移、振動(dòng)、厚度、溫度、電解質(zhì)濃度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進(jìn)行非接觸式連非接觸式連續(xù)測(cè)量續(xù)測(cè)量，另外還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量線性范圍大等特點(diǎn)，應(yīng)用極其廣泛。 因?yàn)闇u流滲透深度與傳感器線圈的激勵(lì)信號(hào)頻率有關(guān)，故可分為高頻反射式和低頻透射式兩類(lèi)電渦流傳感器。前者應(yīng)用較為廣泛。 一、高頻反射式電渦流傳感器一、高頻反射式電渦流傳感器二、低頻透射式電渦流傳感器二、低頻透射

38、式電渦流傳感器三、電渦流式傳感器的應(yīng)用三、電渦流式傳感器的應(yīng)用551. 基本原理基本原理 2. 等效電路分析等效電路分析 3. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)4. 測(cè)量電路測(cè)量電路 5. 電電渦流傳感器的特點(diǎn)及靈敏度的影響因素渦流傳感器的特點(diǎn)及靈敏度的影響因素一、高頻反射式電渦流傳感器 1. 基本原理 當(dāng)電感線圈L通有交變電流 （頻率為f ）時(shí)，周?chē)臻g將產(chǎn)生交變磁場(chǎng)H1，此時(shí)，置于此磁場(chǎng)中的金屬板中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而形成電渦流 ，此電渦流又將產(chǎn)生一個(gè)方向相反的交變磁場(chǎng)H2 。 電渦流的閉合流線的圓心同線圈在金屬板上的投影的圓心重合。1I2I56金屬導(dǎo)體電阻率； r 金屬導(dǎo)體相對(duì)導(dǎo)磁率。 f 交變磁場(chǎng)的

39、頻率； x 線圈與金屬導(dǎo)體之間的距離；fhr5000式中 D 線圈直徑 2R電渦流區(qū)外徑； 2r 電渦流區(qū)內(nèi)徑。渦流滲透深度 DrDR525. 0239. 12渦流區(qū)和線圈幾何尺寸有如下關(guān)系：57線圈金屬導(dǎo)體2. 等效電路 電渦流傳感器的空心線圈可看作變壓器的初級(jí)線圈L1 ，金屬導(dǎo)體中渦流回路視作變壓器次級(jí)L2 。當(dāng)對(duì)線圈L1施加交變激勵(lì)信號(hào)時(shí)，則在線圈周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng)，環(huán)狀渦流L2也產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。其方向與線圈L1產(chǎn)生磁場(chǎng)方向相反，因而抵消部分原磁場(chǎng)，線圈L1和環(huán)狀渦流L2之間存在互感M，M大小取決于導(dǎo)體和線圈之間的距離x 。根據(jù)基爾霍夫定律可列出如下方程組 0jjjj2222121111IL

40、IRIMEIMILIR222212122221222222221222222211jjjLRIMRILMLRIMIZELRLMLjLRRMREI58傳感器線圈由于受金屬導(dǎo)體中電渦流效應(yīng)影響的復(fù)阻抗為SS2222222122222221jjLRLRLMLLRRMRZ線圈的等效電阻和等效電感分別為2122222221S2122222221SLLLLRMLLRRRLRMRRSRMxSLMx 當(dāng)電渦流線圈與金屬板的距離x減小時(shí)，電渦流線圈的等效電感LS減小，等效電阻RS增大。59 由于渦流的影響，線圈阻抗的實(shí)數(shù)部分增大，虛數(shù)部分減小，因此線圈Q 值下降； （Q L/R）u 電渦流式傳感器等效電路參數(shù)均

41、是互感系數(shù)電渦流式傳感器等效電路參數(shù)均是互感系數(shù)M 和電感和電感L1、L2 的函的函數(shù)。故把這類(lèi)傳感器歸為電感式傳感器數(shù)。故把這類(lèi)傳感器歸為電感式傳感器。 感抗XL的變化比R的變化大得多，所以電抗減小，使流過(guò)電渦流線圈的電流 i1 增大。 ZMx603. 基本結(jié)構(gòu) 線圈1繞制在用聚四氟乙烯做成的線圈骨架2內(nèi)，線圈用多股漆包線或銀線繞制成扁平盤(pán)狀。使用時(shí)，通過(guò)骨架襯套3將整個(gè)傳感器安裝在支架4上，5、6是電纜和插頭。電渦流傳感器主要由探頭、延長(zhǎng)電纜和前置器組成。探頭通常由線圈、骨架、殼體、高頻電纜和高頻插頭組成。614. 測(cè)量電路 （1）調(diào)頻式電路 傳感器線圈接入 LC 振蕩回路，當(dāng)傳感器與被測(cè)

42、導(dǎo)體距離 x 改變時(shí)，在渦流影響下，傳感器的電感變化，將導(dǎo)致振蕩頻率的變化，該變化的頻率是距離 x 的函數(shù) f L(x)，該頻率可由數(shù)字頻率計(jì)直接測(cè)量，或者通過(guò) F- V 變換，用數(shù)字電壓表測(cè)量對(duì)應(yīng)的電壓。 用于渦流傳感器的測(cè)量電路主要由線圈L和已知電容C組成LC并聯(lián)諧振回路，傳感器線圈等效電感的變化使并聯(lián)諧振回路的諧振頻率發(fā)生變化，將其被測(cè)量變換為電壓或電流信號(hào)輸出。有調(diào)幅式和調(diào)頻式兩種。62（2） 調(diào)幅式電路 傳感器線圈 L 和電容器 C 并聯(lián)組成諧振回路，石英晶體組成石英晶體振蕩電路。石英晶體振蕩器起一個(gè)恒流源的作用，給諧振回路提供一個(gè)穩(wěn)定頻率（f0）激勵(lì)電流 i0 ，LC 回路輸出電壓

43、為 ZfiU0o 當(dāng)金屬導(dǎo)體遠(yuǎn)離或被去掉時(shí)，LC并聯(lián)諧振回路諧振頻率即為石英振蕩頻率f0 ，回路呈現(xiàn)的阻抗最大，諧振回路上的輸出電壓也最大；當(dāng)金屬導(dǎo)體靠近傳感器線圈時(shí)，線圈的等效電感L發(fā)生變化，導(dǎo)致回路失諧，從而使輸出電壓降低，L的數(shù)值隨距離x的變化而變化；因此，輸出電壓也隨x而變化。輸出電壓經(jīng)過(guò)放大、檢波后，由指示儀表直接顯示出 x 的大小。 式中 ZLC 回路的阻抗。635. 電渦流傳感器的特點(diǎn)及靈敏度的影響因素（1）被測(cè)物材質(zhì)：電導(dǎo)率越高，靈敏度越大；磁性材料渦流損耗大磁性材料渦流損耗大，導(dǎo)致靈敏度降低。表面鍍層、裂紋也影響靈敏度； （2）被測(cè)物形狀和大?。弘姕u流可視為圈數(shù)只有一匝的環(huán)形

44、封閉線圈，當(dāng)傳感器線圈尺寸、激勵(lì)電流以及與被測(cè)物距離一定時(shí)，產(chǎn)生的渦流環(huán)的直徑也一定。若板狀被測(cè)物的最小尺寸小于該直徑，則不能很好利用渦流效應(yīng)，使靈敏度下降。 一般要求，被測(cè)金屬的最小尺寸大于傳感器線圈直徑的1.8 倍；被測(cè)物為圓柱體時(shí)，其直徑要求大于線圈直徑的3.5倍。 （3）安裝位置：在傳感器周?chē)艌?chǎng)范圍內(nèi)，不應(yīng)有非被測(cè)對(duì)象的金屬物體，否則，會(huì)產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致靈敏度下降和線性范圍減小。實(shí)測(cè)表明，非被非被測(cè)金屬離傳感器線圈的距離必須大于線圈的直徑。測(cè)金屬離傳感器線圈的距離必須大于線圈的直徑。 靈敏度的影響因素：靈敏度的影響因素： 特點(diǎn)：特點(diǎn)：非接觸非接觸測(cè)量，靈敏度、分辨力高，量程較大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

45、單，使用方便，不受油液等介質(zhì)影響。64二、低頻透射式電渦流傳感器 金屬導(dǎo)體內(nèi)電渦流的貫穿深度與線圈激勵(lì)電流的頻率有關(guān)，頻率越低，貫穿深度越厚。因此采用低頻電流激勵(lì)時(shí)，可以測(cè)量金屬導(dǎo)體的厚度。 (a)原理圖原理圖 (b)接收線圈感應(yīng)電勢(shì)與厚度關(guān)系曲線接收線圈感應(yīng)電勢(shì)與厚度關(guān)系曲線測(cè)厚原理：測(cè)厚原理：發(fā)射線圈Ll和接收線圈L2分別處于被測(cè)金屬材料M的兩邊。由振蕩器產(chǎn)生的音頻電壓u1加到L1的兩端后，線圈中流過(guò)一個(gè)同頻率的交流電流，并在其周?chē)a(chǎn)生一交變磁場(chǎng)。如果不存在被測(cè)材料M，L1的磁場(chǎng)就能直接貫穿L2 ，L2的兩端會(huì)產(chǎn)生一交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)u2。放置一金屬板M后，L1產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在M中會(huì)產(chǎn)生渦流

46、i，這個(gè)渦流損耗了L1的部分磁場(chǎng)能量，使其貫穿M后耦合到L2的磁通量減少，引起感應(yīng)電勢(shì)u2的下降。當(dāng)激勵(lì)頻率f 、L1和L2的結(jié)構(gòu)、線圈匝數(shù)以及相對(duì)位置一定時(shí)，線圈L2中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)u2的大小就與被測(cè)材料的厚度 t 成反比。65渦流探頭圖片渦流探頭圖片1. 位移測(cè)量位移測(cè)量 2. 振幅測(cè)量振幅測(cè)量3. 轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量 4. 尺寸測(cè)量尺寸測(cè)量5.渦流探傷儀渦流探傷儀 6. 接近開(kāi)關(guān)接近開(kāi)關(guān) 7.金屬探測(cè)金屬探測(cè) 8.電磁爐電磁爐三、電渦流式傳感器的應(yīng)用 電渦流探頭線圈電感量的大小，與被測(cè)物形狀、尺寸、電導(dǎo)率、導(dǎo)磁率、表面因素、距離等有關(guān)。如果僅改變一個(gè)參數(shù)而保持其它參數(shù)不變，就可把該參數(shù)的變化

47、轉(zhuǎn)換為電感量L的變化。因此電渦流傳感器廣泛應(yīng)用于對(duì)位移、振動(dòng)、速度、應(yīng)力、材料表面鍍層厚度、表面損傷、表面溫度、表面硬度、材料型號(hào)、電解質(zhì)濃度等進(jìn)行非非接觸式連續(xù)測(cè)量接觸式連續(xù)測(cè)量。66集成一體化非接觸電感位移傳感器集成一體化非接觸電感位移傳感器電感式接近開(kāi)關(guān)電感式接近開(kāi)關(guān)電感式位移傳感器電感式位移傳感器67681. 位移測(cè)量 電渦流傳感器的等效阻抗 Z 與被測(cè)材料的電阻率、導(dǎo)磁率r、激磁頻率 f 及線圈與被測(cè)件間的距離x有關(guān)。當(dāng)、r、f 確定后，Z只與x有關(guān)，通過(guò)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路，可得到輸出電壓與距離x的關(guān)系。在曲線中部呈線性關(guān)系，一般其線性范圍為扁平線圈外徑的1/31/5，線性誤差約為(34

48、)%。 所以電渦流傳感器可以測(cè)量位移，如汽輪機(jī)主軸的軸向竄動(dòng)（a）、磨床換向閥、先導(dǎo)閥的位移（b）、金屬試件的熱膨脹系數(shù)（c）以及鋼水液位、紗線張力、流體壓力等可變換成位移量的參數(shù)。692.振幅測(cè)量 電渦流式傳感器可以對(duì)各種振動(dòng)的幅值進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量。偏心和振動(dòng)檢測(cè)偏心和振動(dòng)檢測(cè)主軸的徑向振動(dòng)或偏心檢測(cè)70渦輪葉片的振幅檢測(cè)汽輪機(jī)葉片振幅檢測(cè)汽輪機(jī)葉片振幅檢測(cè)71 在研究軸的振動(dòng)時(shí)，需要了解軸的振動(dòng)形式，繪出軸的振形圖，為此，可用多個(gè)傳感器并排地安裝在軸的附近，用多通道指示儀輸出并記錄，或用計(jì)算機(jī)進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)采集，便可以獲得主軸上各個(gè)位置的瞬時(shí)振幅及軸振形圖。測(cè)量彎曲、波動(dòng)、變形此方法同樣可用于對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)測(cè)量。橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)檢測(cè)機(jī)械軸的振動(dòng)檢測(cè)機(jī)械軸的振動(dòng)檢測(cè)72 在旋轉(zhuǎn)金屬體上一個(gè)有N個(gè)齒的齒輪，旁邊安裝電渦流傳感器，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪的齒與