第4章 電感式傳感器與振動檢測

第4章電感式傳感器與振動檢測【教學(xué)目標(biāo)】掌握電感式傳感器的工作原理了解電感式傳感器的分類及各自的特點(diǎn)掌握電感式傳感器的測量電路了解電感傳感器的應(yīng)用【教學(xué)重點(diǎn)】電感式傳感器的工作原理電感式傳感器的測量電路【教學(xué)難點(diǎn)】電感式傳感器的典型應(yīng)用【主要內(nèi)容】自感式傳感器互感式傳感器電渦流式傳感器第4章電感式傳感器與振動檢測4.1自感式傳感器自感傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理自感式傳感器是把被測量的變化轉(zhuǎn)換成自感的變化，通過一定的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。自感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管型三種。自感式傳感器由線圈、鐵心和銜鐵三部分組成。4.1自感式傳感器自感傳感器的工作原理根據(jù)電感的定義可寫出電感值表達(dá)式為：

式中：Ψ—線圈總磁鏈；

I—通過線圈的電流；

W—線圈的匝數(shù)；

Φ—穿過線圈的磁通。4.1自感式傳感器

4.1自感式傳感器

4.1自感式傳感器

4.1自感式傳感器

4.1自感式傳感器螺管型電感式傳感器對于長螺管線圈

l>>r，當(dāng)銜鐵工作在螺管的中部時，可以認(rèn)為線圈內(nèi)磁場強(qiáng)度是均勻的，線圈電感量L與銜鐵的插入深度

l大致上成正比。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，靈敏度較低，適用于測量較大的位移量。lrx2ra線圈銜鐵4.1自感式傳感器差動電感傳感器兩個相同的傳感器線圈共用同一個銜鐵，構(gòu)成差動式電感傳感器，這樣可以提高傳感器的靈敏度，減小測量誤差。(a)差分變氣隙式

（b）差分變面積式

（c）差分螺管式4.1自感式傳感器

4.1自感式傳感器2自感傳感器的測量電路交流變壓器式電橋當(dāng)銜鐵上移時：當(dāng)銜鐵下移時：4.1自感式傳感器3自感傳感器的典型應(yīng)用變氣隙式差動電感壓力傳感器4.1自感式傳感器3自感傳感器的典型應(yīng)用軸向式電感測微器

最小量程可達(dá)

3μm。圖中：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(zhǔn)面4.2互感式傳感器1互感傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理圖為常見的互感式傳感器結(jié)構(gòu)，其中：(a)、(b)為變間隙式差動變壓器；(c)、(d)為螺線管式差動變壓器；(e)、(f)為變截面式差動變壓器；4.2互感式傳感器1互感傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理以螺線管式差動變壓器為例：當(dāng)活動銜鐵處于初始平衡位置時，輸出電壓為零。當(dāng)活動銜鐵向某一個次級線圈方向移動時，則該次級線圈內(nèi)磁通增大，使其感應(yīng)電勢增加，差動變壓器有輸出電壓，其數(shù)值反映了活動銜鐵的位移。三段式螺管差動變壓器結(jié)構(gòu)示意圖4.2互感式傳感器1互感傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理差動變壓器等效電路差動變壓器輸出電壓特性曲線4.2互感式傳感器2互感傳感器的測量電路4.2互感式傳感器3互感傳感器的典型應(yīng)用差動變壓器式加速度傳感器圖中：1——彈性支承；2——差動變壓器。4.2互感式傳感器3互感傳感器的典型應(yīng)用差動變壓器式壓力變送器圖中：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。4.3電渦流式傳感器1電渦流傳感器的工作原理根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，稱之為電渦流或渦流，這種現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。4.3電渦流式傳感器1電渦流傳感器的工作原理

如圖所示，將塊狀金屬導(dǎo)體置于通有交變電流的傳感器線圈磁場中。

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，由于電流的變化，在線圈周圍就產(chǎn)生一個交變磁場，當(dāng)被測導(dǎo)體置于該磁場范圍之內(nèi)，被測導(dǎo)體內(nèi)便產(chǎn)生電渦流，電渦流也將產(chǎn)生一個新磁場，和方向相反，抵消部分原磁場，從而導(dǎo)致線圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因素發(fā)生變化。電渦流作用原理圖4.3電渦流式傳感器1電渦流傳感器的工作原理傳感器的等效電感為：線圈的品質(zhì)因數(shù)為：電渦流式傳感器等效電路4.3電渦流式傳感器2電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)比較簡單，主要由一個安置在探頭殼體的扁平圓形線圈構(gòu)成。電渦流傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.3電渦流式傳感器2電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)電渦流傳感器實物圖4.3電渦流式傳感器電渦流傳感器的測量電路電橋電路法4.3電渦流式傳感器電渦流傳感器的測量電路諧振電路法調(diào)幅法諧振調(diào)幅電路特性調(diào)幅法測量電路原理圖4.3電渦流式傳感器電渦流傳感器的測量電路諧振電路法調(diào)頻法調(diào)頻法測量電路原理圖4.3電渦流式傳感器電渦流傳感器的典型應(yīng)用低頻透射渦流測厚儀測厚儀的工作原理：發(fā)射線圈L1和接收線圈L2分別位于被測物體的上下方。若在L1上加低頻電壓u1，線圈中流過一個相同頻率的交變電流，并在其周圍產(chǎn)生交變磁場。若兩線圈之間無被測物體，則L1的磁場就能直接貫穿L2，于是L2的兩端就會感生交變電勢e，e