第六讲电感式传感器

第六讲电感式传感器目录1电感传感器测量电路23电感传感器原理与特性4小结电感传感器应用1电感传感器原理与特性1.1工作原理气隙变小，电感变大，电流变小W：线圈匝数；A：气隙的有效截面积0：真空磁导率；δ：气隙。

线性关系？1电感传感器原理与特性

待测量磁路磁阻变化线圈电感(L/M)变化U/I/F常用来检测位移、振动、力、应变、流量、比重等；

结构简单、工作可靠、寿命长、性能良好、宽范围；按转换原理可分为：1.1工作原理按磁路几何参数变化分

变间隙式

变面积式

螺管式1电感传感器原理与特性1.1工作原理1电感传感器原理与特性1.2

自感式传感器----带气隙的铁心线圈变间隙型电感传感器(1)变间隙式自感传感器W为线圈匝数；Rm为磁路总磁阻。连接电路？信号形式？线性关系？传感器结构？1电感传感器原理与特性(2)变面积式自感传感器电感传感器特性(3)螺管式自感传感器螺管式自感传感器1－线圈；2－衔铁1.2

自感式传感器----带气隙的铁心线圈1电感传感器原理与特性1.3

互感式传感器---(1)差动变压器一、二次绕组间的互感能随衔铁的移动而变化两个（若干个）二次绕组反向串接，以差动方式输出同一线框绕制！1电感传感器原理与特性线圈N21、N22的有关端点按全波整流电路的要求正确地连接起来交流激磁电压感应电压同名端如何连接？1.3

互感式传感器---(1)差动变压器反向串接变隙式差动变压器(有原边激励绕组)变面积差动变压器1电感传感器原理与特性差动变压器输出电压特性曲线零点残余电压误差因素——零点残余电动势温度变化、激励频率结构对称性铜耗、漏磁特性改造——a）非相敏检波b）相敏检波1—理想特性曲线2—实际特性曲线差动变压器灵敏度一般可达0.5~5V/mm，行程越小，灵敏度越高。为提高灵敏度,励磁电压在10V左右为宜,电源频率以1~10kHz为好。差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右。1电感传感器原理与特性差动传感器灵敏度？测量误差？螺线管差动电感传感器（无原边激励绕组）1.3

互感式传感器---(2)螺管差动电感传感器1电感传感器原理与特性当Δδ/δ<<1时，可将上式展开成级数：1.3

互感式传感器----(2)螺管差动电感传感器高次项的存在是造成非线性的原因若不考虑包括2次项以上的高次项,则ΔL∝Δδ1电感传感器原理与特性1.3

互感式传感器----(2)螺管差动电感传感器（电感量）差动时：灵敏度：1-差动线圈2-铁心3-衔铁4-测杆5-工件3为1、2合成的差动特性1电感传感器原理与特性1.4

电涡流传感器电涡流效应电涡流线圈与金属板的距离x减小电涡流线圈的等效电感L减小,等效电阻R增大。感抗XL的变化比R的变化大得多，流过电涡流线圈的电流i1增大。1电感传感器原理与特性1.4

电涡流传感器图

电涡流传感器等效电路可得、,传感器线圈的复阻抗为等效为短路环检测深度与激励源频率有何关系？属于接触式测量还是非接触式测量？1电感传感器原理与特性1.4

电涡流传感器集肤效应激励源频率f工件的电导率磁导率等有关

当高频（100kHz左右）信号源产生的高频电压施加到一个靠近金属导体附近的电感线圈L1时，将产生高频磁场H1。如被测导体置于该交变磁场范围之内时，被测导体就产生电涡流i2。

i2在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为集肤（趋肤）效应。频率f越高,电涡流的渗透的深度就越浅,集肤效应越严重1电感传感器原理与特性1.4

电涡流传感器检测深度的控制：由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变f可控制检测深度。激励源频率一般设定在100kHz~1MHz。频率越低，检测深度越深。间距x的测量：如果控制上式中的i1、f、、、r不变,电涡流线圈的阻抗Z就成为间距x的单值函数,这样就成为非接触地测量位移的传感器。多种用途：如果控制x、i1、f不变，就可以用来检测与表面电导率有关的表面温度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率有关的材料型号、表面硬度等参数。非接触测量，不易受油液介质影响；

结构简单，使用方便，灵敏度高，最高分辨率达0.05微米；

频率响应范围宽（0~10kHz），适合动态测量。1电感传感器原理与特性1.4

电涡流传感器电涡流式传感器的类型(1)高频反射式电涡流传感器

1—电涡流线圈2—探头壳体3—壳体上的位置调节螺纹4—印制线路板5—夹持螺母6—电源指示灯7—阈值指示灯8—输出屏蔽电缆线9—电缆插头有一个固定在框架上的扁平线圈组成，线圈可以粘贴在框架的端部，也可以绕在框架端部的槽内。1电感传感器原理与特性1.4

电涡流传感器电涡流式传感器的类型(2)

低频透射式电涡流传感器采用低频激励，因而有较大的贯穿深度，适合于测量金属材料的厚度。低频透射式电涡流传感器原理图及特性探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？2电感传感器测量电路2.1电感电桥

被测量线圈电感变化电桥电路的UorI输出。

差动式结构可提高灵敏度，改善线性多采用双臂桥图

交流电桥的几种形式(a)电阻平衡臂电桥；(b)变压器式电桥；(c)紧耦合电感臂电桥通过变压器加载供电直接加交流电压源供电2电感传感器测量电路2.1电感电桥a.电容传感器差动电桥b.电感传感器差动电桥不同于差动变压器

真正的对称平衡点？2电感传感器测量电路2.2电感传感器相敏检波电路相敏检波(整流)电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。正半周：VD1、VD4导通负半周：VD2、VD3导通相敏检波(整流)可以鉴别

a.位移(x)移动方向b.位移大小正负半波均差值

2电感传感器测量电路2.2电感传感器相敏检波电路传感器输出的调幅波电压被测量参考信号(门控作用)输出信号相敏检波电路同频、同相(或反相)。rrrr2电感传感器测量电路2.3差动整流测量电路衔铁零位衔铁上移衔铁下移同样能区分大小和移动方向2电感传感器测量电路2.3差动整流测量电路

若Ｃ1、Ｃ2虚焊，Uao、Ubo将变成什么波形？2电感传感器测量电路2.3差动整流测量电路例：用差动式电感传感器进行位移检测，画出其电感—位移关系曲线图。说明相敏检波器的作用？相敏检波器的作用:(1)消除LS输出的零位残余电压；(2)区分衔铁移动方向2电感传感器测量电路2.4谐振式测量电路

谐振法是将传感器线圈的等效电感的变化转换为电压或电流的变化。传感器线圈与电容并联组成LC并联谐振回路。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最终输出的直流电压Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响。稳频、稳幅振荡电压(100kHz~1MHz）2电感传感器测量电路2.4谐振式测量电路调频（FM）式电路(100kHz~1MHz）

当电涡流线圈与被测体的距离x改变时，电涡流线圈的电感量L也随之改变，引起LC振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将f转换为电压Uo。

3电感传感器应用电感测微头1—引线电缆2—固定磁筒3—衔铁4—线圈5—测力弹簧6—防转销7—钢球导轨(直线轴承)8—测杆9—密封套10—测端11—被测工件12—基准面分辨率高，可测量机械位移<0.1μm，角位移<0.1角秒3电感传感器应用扭矩检测3电感传感器应用滚柱直径分选装置1—气缸2—活塞3—推杆4—被测滚柱5—落料管6—电感测微器7—钨钢测头8—限位挡板9—电磁翻板10—容器（料斗）落料振动台滑道11个分选仓位废料仓滚柱直径分选装置3电感传感器应用仿形机床中的应用

1—标准靠模样板2—测端（靠模轮）3—电感测微器4—铣刀龙门框架5—立柱6—伺服电动机7—铣刀8—毛坯仿形头主轴3电感传感器应用板的厚度测量~差动测量结构力转换为位移张力测量3电感传感器应用圆度计---采用旁向式电感测微头测量头旋转盘3电感传感器应用1—压力输入接头2—波纹膜盒3—电缆4—印制线路板5—差动线圈6—衔铁7—电源变压器8—罩壳9—指示灯10—密封隔板11—安装底座压力测量3电感传感器应用高频反射式涡流测厚仪测试系统框图涡流振幅测量

1－被测体；2－传感器探头3电感传感器应用3电感传感器应用手持式裂纹测量仪油管探伤3电感传感器应用安检门演示当有金属物体穿越安检门时报警3电感传感器应用电涡流涂层厚度仪

测量注塑机开合模的间隙2电感传感器测量电路4小结思考①R/C/L参数检测电路的比较（结构、输出关系式？...）②电感传感器的应用优势？知识点自感、互感（结构型）传感器原理、特点多种基本电路（相敏检波、整流...）原理、输出特性应用电感传感器的物理量检测方法、传感器应用2电感传感器测量电路作业预习——实验2（做什么、怎么做、为什么）思考:如何消除电感传感器残余电压？相敏检波的数学依据？与物理方法如何对应？配置检波电路的技术要求？习题——p114、115：4.19、4.21、4.23（说明原理特点）补充题6-1（见下页）本PPT后续补充页学习或许有助于思考、理解！如题图a所示（衔铁处于中间位置）,利用差动变压器测量偏心轮的径向跳动，差动变压器的两个线圈接在电桥的两个相邻桥臂中。试回答下述问题：该测量的工作原理（包括的输出表达式）；该测量电路是否需要联接