電感式傳感器演示文稿

電感式傳感器演示文稿當前第1頁\共有73頁\編于星期六\10點電感式傳感器當前第2頁\共有73頁\編于星期六\10點定義：是一種利用線圈自感和互感的變化實現(xiàn)非電量電測的裝置。感測量：位移、振動、壓力、應變、流量、比重等。電感式傳感器(根據(jù)結構型式)氣隙型螺管型面積型電感式傳感器(根據(jù)轉(zhuǎn)換原理)自感型變磁阻型渦流式互感型(差動變壓器型)測量技術基礎當前第3頁\共有73頁\編于星期六\10點優(yōu)點：①結構簡單、可靠，測量力小銜鐵為0.5～200×10-5N時，磁吸力為(1~10)×10-5N。②分辨力高機械位移：0.1μm，甚至更小；角位移：0.1角秒。輸出信號強，電壓靈敏度可達數(shù)百mV/mm。③重復性好，線性度優(yōu)良在幾十μm到數(shù)百mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線性度較好，且比較穩(wěn)定。不足：存在交流零位信號，不宜于高頻動態(tài)測量。測量技術基礎當前第4頁\共有73頁\編于星期六\10點一、工作原理及輸出特性二、常用典型結構三、測量電路

1、交流電橋

2、變壓器式交流電橋

3、諧振式測量電路四、變磁阻式傳感器的應用§6.1變磁阻式傳感器當前第5頁\共有73頁\編于星期六\10點變磁阻式傳感器的基本工作原理演示氣隙變小，電感變大，電流變小F§6.1.1變磁阻式傳感器工作原理當前第6頁\共有73頁\編于星期六\10點

若線圈匝線為N，通入線圈中的電流為I，每匝線圈產(chǎn)生的磁通為Φ，由電感的定義有：設磁路總磁阻為RM

，則磁通可表示為：以上兩式聯(lián)立得磁路總磁阻RM

可看成是由鐵芯磁阻RF

和空氣隙磁阻Rδ

組成的，即§6.1.1變磁阻式傳感器工作原理當前第7頁\共有73頁\編于星期六\10點而一般RF<<Rδ，故其中，N－線圈的匝數(shù)；

A－氣隙的截面積；

μ0－空氣的導磁率；δ

－氣隙的厚度?！?.1.1變磁阻式傳感器工作原理當前第8頁\共有73頁\編于星期六\10點

設自感傳感器的初始氣隙為δ0，初始電感量為L0，銜鐵位移Δδ引起的氣隙變化為Δδ，可得初始電感量為

當銜鐵下移Δδ時，傳感器氣隙增大Δδ，電感量變化為ΔL1§6.1.2變磁阻式傳感器輸出特性當前第9頁\共有73頁\編于星期六\10點電感量的相對變化為當時，可將上式展開成泰勒級數(shù)形式§6.1.2變磁阻式傳感器輸出特性當前第10頁\共有73頁\編于星期六\10點

同理，當銜鐵上移Δδ時，電感量變化為ΔL2的泰勒級數(shù)形式忽略二次項以上的高次項，可得傳感器的靈敏度為§6.1.2變磁阻式傳感器輸出特性當前第11頁\共有73頁\編于星期六\10點

在實際使用中，常采用兩個相同的傳感線圈共用一個銜鐵，構成差動式自感傳感器，兩個線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸要求完全相同。這種結構除了可以改善線性、提高靈敏度外，對溫度變化、電源頻率變化等的影響也可以進行補償，從而減少了外界影響造成的誤差。

以變氣隙型差動自感傳感器為例。當磁路總氣隙改變Δδ時，電感量的相對變化為§6.1.2變磁阻式傳感器輸出特性當前第12頁\共有73頁\編于星期六\10點變隙式變截面式螺線管式§6.1.2變磁阻式傳感器輸出特性當前第13頁\共有73頁\編于星期六\10點§6.1.2變磁阻式傳感器輸出特性當前第14頁\共有73頁\編于星期六\10點§6.1.2變磁阻式傳感器輸出特性當前第15頁\共有73頁\編于星期六\10點§6.1.2變磁阻式傳感器輸出特性當前第16頁\共有73頁\編于星期六\10點§6.1.2變磁阻式傳感器輸出特性當前第17頁\共有73頁\編于星期六\10點§6.1.2變磁阻式傳感器輸出特性當前第18頁\共有73頁\編于星期六\10點§6.1.2變磁阻式傳感器輸出特性當前第19頁\共有73頁\編于星期六\10點差動式電感傳感器工作原理及輸出特性§6.1.4電感式傳感器測量電路當前第20頁\共有73頁\編于星期六\10點軸向式電感測微器的內(nèi)部結構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墸ㄖ本€軸承）

8—測桿9—密封套

10—測端11—被測工件

12—基準面1、位移測量§6.1.5電感式傳感器的應用當前第21頁\共有73頁\編于星期六\10點1—氣缸2—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）2、電感式滾柱直徑分選裝置§6.1.5電感式傳感器的應用當前第22頁\共有73頁\編于星期六\10點2.電感式滾柱直徑分選裝置（外形）滑道分選倉位（參考中原量儀股份有限公司資料）§6.1.5電感式傳感器的應用測微儀圓柱滾子當前第23頁\共有73頁\編于星期六\10點1—標準靠模樣板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7—銑刀8—毛坯3、電感傳感器在仿形機床中的應用§6.1.5電感式傳感器的應用當前第24頁\共有73頁\編于星期六\10點該圓度計采用旁向式電感測微頭4、電感式不圓度計原理

§6.1.5電感式傳感器的應用當前第25頁\共有73頁\編于星期六\10點電感式不圓度測量系統(tǒng)外形

（參考洛陽匯智測控技術有限公司資料）旋轉(zhuǎn)盤測量頭§6.1.5電感式傳感器的應用當前第26頁\共有73頁\編于星期六\10點不圓度測量打印§6.1.5電感式傳感器的應用當前第27頁\共有73頁\編于星期六\10點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5、壓力測量§6.1.5電感式傳感器的應用當前第28頁\共有73頁\編于星期六\10點第六章電感式傳感器本章內(nèi)容：√變磁阻式傳感器差動變壓器式傳感器(互感型）電渦流式傳感器測量技術基礎當前第29頁\共有73頁\編于星期六\10點一、工作原理及等效電路二、基本特性三、測量電路

1、差動整流電路

2、相敏檢波電路

3、零點殘余電壓及其補償四、差動變壓器式傳感器應用§6.2差動變壓器式傳感器當前第30頁\共有73頁\編于星期六\10點

互感式傳感器的工作原理類似于變壓器的工作原理。主要包括有銜鐵、初級繞組、次級繞組和線圈框架等。初級繞組、次級繞組的耦合能隨銜鐵的移動而變化，即繞組間的互感隨被測位移的改變而變化。

由于在使用時兩個結構尺寸和參數(shù)完全相同的次級繞組采用反向串接，以差動方式輸出，所以又把這種傳感器稱為差動變壓器式電感傳感器，通常簡稱為差動變壓器。初級繞組作為差動變壓器激勵用，相當于變壓器的原邊，而次級繞組相當于變壓器的副邊?！?.2.1工作原理及等效電路當前第31頁\共有73頁\編于星期六\10點工作原理：互感現(xiàn)象EwEout1-活動銜鐵；2-導磁外殼；3-骨架；4-匝數(shù)為ω1的初級繞組；5-匝數(shù)為ω2a的次級繞組；6-匝數(shù)為ω2b的次級繞組213456螺線管式差動變壓器結構§6.2.1工作原理及等效電路當前第32頁\共有73頁\編于星期六\10點差動變壓器等效電路§6.2.1工作原理及等效電路當前第33頁\共有73頁\編于星期六\10點

當差動變壓器的銜鐵處于中間位置時，理想條件下其輸出電壓為零。但實際上，當使用橋式電路時，在零點仍有一個微小的電壓值(從零點幾mV到數(shù)十mV)存在，稱為零點殘余電壓。如圖是擴大了的零點殘余電壓的輸出特性。0e2x-xe20

零點殘余電壓的存在造成零點附近的不靈敏區(qū)；零點殘余電壓輸入放大器內(nèi)會使放大器末級趨向飽和，影響電路正常工作等。1、零點殘余電壓§6.2.2基本特性當前第34頁\共有73頁\編于星期六\10點1基波正交分量2基波同相分量

3二次諧波4三次諧波5電磁干擾ee1e20e2012345(a)殘余電壓的波形(b)波形分析tt

圖中e1為差動變壓器初級的激勵電壓，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。

1、零點殘余電壓§6.2.2基本特性當前第35頁\共有73頁\編于星期六\10點零點殘余電壓產(chǎn)生原因a、基波分量

由于差動變壓器兩個次級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，從而使兩個次級繞組的感應電勢數(shù)值不等。又因初級線圈中銅損電阻及導磁材料的鐵損和材質(zhì)的不均勻，線圈匝間電容的存在等因素，使激勵電流與所產(chǎn)生的磁通相位不同。1、零點殘余電壓§6.2.2基本特性當前第36頁\共有73頁\編于星期六\10點零點殘余電壓產(chǎn)生原因b、高次諧波

高次諧波分量主要由導磁材料磁化曲線的非線性引起。由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使得激勵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，從而在次級繞組感應出非正弦電勢。另外，激勵電流波形失真，因其內(nèi)含高次諧波分量，這樣也將導致零點殘余電壓中有高次諧波成分。1、零點殘余電壓§6.2.2基本特性當前第37頁\共有73頁\編于星期六\10點a．從設計和工藝上保證結構對稱性

為保證線圈和磁路的對稱性，首先，要求提高加工精度，線圈選配成對，采用磁路可調(diào)節(jié)結構。其次，應選高磁導率、低矯頑力、低剩磁感應的導磁材料。并應經(jīng)過熱處理，消除殘余應力，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，磁路工作點應選在磁化曲線的線性段。消除零點殘余電壓方法1、零點殘余電壓§6.2.2基本特性當前第38頁\共有73頁\編于星期六\10點b、選用合適的測量線路

采用相敏檢波電路不僅可鑒別銜鐵移動方向，而且把銜鐵在中間位置時，因高次諧波引起的零點殘余電壓消除掉。如圖，采用相敏檢波后銜鐵反行程時的特性曲線由1變到2，從而消除了零點殘余電壓。e2+x-x210相敏檢波后的輸出特性消除零點殘余電壓方法1、零點殘余電壓§6.2.2基本特性當前第39頁\共有73頁\編于星期六\10點c．采用補償線路(1)由于兩個次級線圈感應電壓相位不同，并聯(lián)電容可改變其一的相位，也可將電容C改為電阻，如圖(a)。由于R的分流作用將使流入傳感器線圈的電流發(fā)生變化，從而改變磁化曲線的工作點，減小高次諧波所產(chǎn)生的殘余電壓。圖(b)中串聯(lián)電阻R可以調(diào)整次級線圈的電阻分量。

～e1e2CR～e1e2CR(a)(b)調(diào)相位式殘余電壓補償電路§6.2.2基本特性當前第40頁\共有73頁\編于星期六\10點(2)并聯(lián)電位器W用于電氣調(diào)零，改變兩次級線圈輸出電壓的相位，如圖所示。電容C(0.02μF)可防止調(diào)整電位器時使零點移動。～e1e2CR1R2W電位器調(diào)零點殘余電壓補償電路c．采用補償線路§6.2.2基本特性當前第41頁\共有73頁\編于星期六\10點(2)相敏檢波電路§6.2.3差動變壓器傳感器測量電路當前第42頁\共有73頁\編于星期六\10點(b)差動變壓器激磁電壓波形(d)相敏檢波解調(diào)電壓波形(c)差動變壓器輸出電壓波形(e)相敏檢波輸出電壓波形被測位移變化波形圖(2)相敏檢波電路§6.2.3差動變壓器傳感器測量電路當前第43頁\共有73頁\編于星期六\10點案例1：板的厚度測量~§6.2.4差動變壓器傳感器應用當前第44頁\共有73頁\編于星期六\10點第六章電感式傳感器變磁阻式傳感器差動變壓器式傳感器電渦流式傳感器本章內(nèi)容：√√測量技術基礎當前第45頁\共有73頁\編于星期六\10點一、工作原理二、基本特性三、電渦流形成范圍

1、電渦流徑向形成范圍

2、電渦流強度與距離的關系

3、電渦流的軸向貫穿深度四、電渦流式傳感器的應用§6.3電渦流式傳感器當前第46頁\共有73頁\編于星期六\10點電渦流效應演示

當電渦流線圈與金屬板的距離x減小時，電渦流線圈的等效電感L減小，流過電渦流線圈的電流i1

增大。

§6.3.1電渦流式傳感器工作原理當前第47頁\共有73頁\編于星期六\10點干凈、高效的電磁爐§6.3.1電渦流式傳感器工作原理當前第48頁\共有73頁\編于星期六\10點集膚效應

集膚效應與激勵源頻率f、工件的電導率、磁導率等有關。頻率f越高，電渦流滲透的深度就越淺，集膚效應越嚴重。

當高頻（100kHz左右）信號源產(chǎn)生的高頻電壓施加到一個靠近金屬導體附近的電感線圈L1時，將產(chǎn)生高頻磁場H1。如被測導體置于該交變磁場范圍之內(nèi)時，被測導體就產(chǎn)生電渦流i2。i2在金屬導體的縱深方向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導體的表面，這稱為集膚效應（也稱趨膚效應）?！?.3.1電渦流式傳感器工作原理當前第49頁\共有73頁\編于星期六\10點等效阻抗分析檢測深度與激勵源頻率有何關系？

電渦流線圈受電渦流影響時的等效阻抗Z為：

如果控制上式中的i1、f、、、r不變，電渦流線圈的阻抗Z就成為哪個非電量的單值函數(shù)？屬于接觸式測量還是非接觸式測量？

§6.3.1電渦流式傳感器工作原理當前第50頁\共有73頁\編于星期六\10點等效阻抗與非電量的測量

檢測深度的控制：由于存在集膚效應，電渦流只能檢測導體表面的各種物理參數(shù)。改變激勵源頻率

，可控制檢測深度。多種用途：可以用來檢測與表面電導率有關的表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來檢測與材料磁導率有關的材料型號、表面硬度等參數(shù)?！?.3.1電渦流式傳感器工作原理

間距x的測量：如果固定其他因素不變，僅改變間距x，電渦流線圈的阻抗Z就成為間距x的單值函數(shù)，可用于非接觸測量距離或位移。當前第51頁\共有73頁\編于星期六\10點§6.3.1電渦流式傳感器工作原理當前第52頁\共有73頁\編于星期六\10點電磁爐的工作原理

高頻電流通過勵磁線圈，產(chǎn)生交變磁場，在鐵質(zhì)鍋底會產(chǎn)生無數(shù)的電渦流使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)的食物?！?.3.1電渦流式傳感器工作原理當前第53頁\共有73頁\編于星期六\10點電渦流傳感器簡化模型1傳感器線圈2短路環(huán)3被測金屬導體§6.3.2電渦流式傳感器基本特性當前第54頁\共有73頁\編于星期六\10點電渦流傳感器等效電路§6.3.2電渦流式傳感器基本特性當前第55頁\共有73頁\編于星期六\10點1、電渦流徑向形成范圍§6.3.2電渦流式傳感器基本特性當前第56頁\共有73頁\編于星期六\10點電渦流強度與距離歸一化曲線2、電渦流強度與距離的關系§6.3.2電渦流式傳感器基本特性當前第57頁\共有73頁\編于星期六\10點電渦流密度軸向分布曲線3、電渦流的軸向貫穿深度§6.3.2電渦流式傳感器基本特性當前第58頁\共有73頁\編于星期六\10點位移測量包含：偏心、間隙、位置、傾斜、彎曲、變形、移動、圓度、沖擊、偏心率、沖程、寬度等等。來自不同應用領域的許多量都可歸結為位移或間隙變化。數(shù)顯位移測量儀及探頭1、位移測量

§6.3.3電渦流傳感器的應用當前第59頁\共有73頁\編于星期六\10點§6.3.3電渦流傳感器的應用當前第60頁\共有73頁\編于星期六\10點V系列電渦流位移傳感器性能一覽表

§6.3.3電渦流傳感器的應用當前第61頁\共有73頁\編于星期六\10點電渦流位移傳感器的距離

與輸出電壓特性曲線§6.3.3電渦流傳感器的應用某渦流傳感器的輸入（mm）輸出（V）特性曲線當前第62頁\共有73頁\編于星期六\10點偏心和振動檢測§6.3.3電渦流傳感器的應用當前第63頁\共有73頁\編于星期六\10點§6.3.3電渦流傳感器的應用當前第64頁\共有73頁\編于星期六\10點軸的徑向振動測量§6.