演示文稿传感器原理及应用

（优选）传感器原理及应用ppt讲解目前一页\总数八十五页\编于十六点第四章作业第二版教材86-87页：

练习题：4-2，4-4，4-9

第三版教材84-85页：

练习题：4-2，4-4，4-10目前二页\总数八十五页\编于十六点电磁感应

被测非电量自感系数L互感系数M测量电路U、I、f

第4章电感式传感器电感式传感器的定义一种利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的装置。电感式传感器的感测量位移、振动、压力、应变、流量、比重等。电感式传感器的种类

根据转换原理：自感式（変磁阻式）、互感式（差动变压器式）、电涡流式三种；

根据结构形式：气隙型、面积型和螺管型。目前三页\总数八十五页\编于十六点

第4章电感式传感器电感式传感器的优点

①结构简单、可靠②分辨率高机械位移0.1μm，甚至更小；角位移0.1角秒。输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm。

③重复性好，线性度优良在几十μm到数百mm的位移范围内，输出特性的线性度较好，且比较稳定。

④能实现远距离传输、记录、显示和控制电感式传感器的不足存在交流零位信号，不宜高频动态测量。目前四页\总数八十五页\编于十六点

第4章电感式传感器4.1变磁阻式电感传感器4.2差动变压器式电感传感器4.3电涡流式传感器4.4电感式传感器的应用目前五页\总数八十五页\编于十六点一、变磁阻式传感器工作原理二、变磁阻式传感器基本类型三、变截面式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性五、差动式自感传感器六、自感式传感器的等效电路七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器目前六页\总数八十五页\编于十六点变磁阻式传感器即自感式电感传感器：利用线圈自感量的变化来实现测量的。传感器结构：线圈、铁芯和衔铁三部分组成。一、变磁阻式传感器工作原理§4.1变磁阻式电感传感器线圈中电感量：δ线圈铁芯衔铁Δδ工作原理：铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连。当被测量变化时，使衔铁产生位移，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感量变化。因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。总磁阻线圈匝数目前七页\总数八十五页\编于十六点一、变磁阻式传感器工作原理§4.1变磁阻式电感传感器磁导率H/m气隙截面积A保持不变，则L为δ的单值函数，构成变气隙厚度式自感传感器。保持气隙间距δ不变，A随被测量（如位移）变化，构成变气隙面积式自感传感器。δ线圈铁芯衔铁Δδl1l2目前八页\总数八十五页\编于十六点一、变磁阻式传感器工作原理二、变磁阻式传感器基本类型三、变截面式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性五、差动式自感传感器六、自感式传感器的等效电路七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器目前九页\总数八十五页\编于十六点变磁阻式传感器即自感式电感传感器的基本类型：二、变磁阻式传感器基本类型§4.1变磁阻式电感传感器δ线圈铁芯衔铁Δδ（1）变气隙厚度式（2）变气隙面积式变截面式和螺管式变气隙厚度式螺管式线圈铁芯衔铁衔铁移动方向变气隙截面式目前十页\总数八十五页\编于十六点一、变磁阻式传感器工作原理二、变磁阻式传感器基本类型三、变截面式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性五、差动式自感传感器六、自感式传感器的等效电路七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器目前十一页\总数八十五页\编于十六点三、变截面式自感传感器输出特性§4.1变磁阻式电感传感器气隙截面面积A0时自感系数当传感器截面增加ΔA时，则输出电感为线圈铁芯衔铁衔铁移动方向δ因此，输出电感的变化与截面面积的变化成线性关系。目前十二页\总数八十五页\编于十六点三、变截面式自感传感器输出特性§4.1变磁阻式电感传感器当传感器截面减小ΔA时，同理有线圈铁芯衔铁衔铁移动方向δ输出电感灵敏度与初始截面面积的成反比关系。因此既可确定衔铁位移量的大小又可确定方向。输出电感灵敏度目前十三页\总数八十五页\编于十六点三、变截面式自感传感器的输出特性§4.1变磁阻式电感传感器目前十四页\总数八十五页\编于十六点一、变磁阻式传感器工作原理二、变磁阻式传感器基本类型三、变截面式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性五、差动式自感传感器六、自感式传感器的等效电路七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器目前十五页\总数八十五页\编于十六点四、变间隙式自感传感器输出特性§4.1变磁阻式电感传感器δ线圈铁芯衔铁Δδ气隙厚度δ0时自感系数当衔铁上移Δδ时，传感器气隙减小Δδ，即δ=δ0-Δδ，则输出电感为目前十六页\总数八十五页\编于十六点四、变间隙式自感传感器输出特性§4.1变磁阻式电感传感器δ线圈铁芯衔铁Δδ当Δδ/δ0<<1时，用泰勒级数展开成级数形式目前十七页\总数八十五页\编于十六点四、变间隙式自感传感器输出特性§4.1变磁阻式电感传感器δ线圈铁芯衔铁Δδ当衔铁随被测体的初始位置向下移动Δδ时，同理有因此既可确定衔铁位移量的大小又可确定方向。忽略高次项线性处理目前十八页\总数八十五页\编于十六点四、变间隙式自感传感器输出特性§4.1变磁阻式电感传感器δ线圈铁芯衔铁Δδ电感灵敏度

为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器。变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变间隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。动态测量范围：0.001~1mm。目前十九页\总数八十五页\编于十六点一、变磁阻式传感器工作原理二、变磁阻式传感器基本类型三、变截面式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性五、差动式自感传感器六、自感式传感器的等效电路七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器目前二十页\总数八十五页\编于十六点五、差动式自感传感器§4.1变磁阻式电感传感器在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁，构成差动式自感传感器。差动结构的特点：（1）改善线性、提高灵敏度外；（2）补偿温度变化、电源频率变化等的影响，从而减少了外界影响造成的误差。

差动变间隙式传感器1-线圈2-铁芯3-衔铁4-导杆123444321314差动螺管式差动变截面式三种基本类型：

目前二十一页\总数八十五页\编于十六点一、变磁阻式传感器工作原理二、变磁阻式传感器基本类型三、变截面式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性五、差动式自感传感器六、自感式传感器的等效电路七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器目前二十二页\总数八十五页\编于十六点六、自感式传感器的等效电路§4.1变磁阻式电感传感器等效线圈阻抗为电感式传感器的线圈并非是纯电感，该电感由有功分量和无功分量两部分组成。有功分量包括：线圈线绕电阻和涡流损耗电阻及磁滞损耗电阻，这些都可折合成为有功电阻，其总电阻可用R来表示；无功分量包含：线圈的自感L,绕线间分布电容，为简便起见可视为集中参数，用C来表示。电感式传感器的等效电路目前二十三页\总数八十五页\编于十六点一、变磁阻式传感器工作原理二、变磁阻式传感器基本类型三、变截面式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性五、差动式自感传感器六、自感式传感器的等效电路七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器目前二十四页\总数八十五页\编于十六点传感器的两线圈作为电桥的两相邻桥臂Z1和Z2，另两个相邻桥臂为纯电阻R。设Z是衔铁在中间位置时单个线圈的复阻抗，ΔZ1、ΔZ2分别是衔铁偏离中心位置时两线圈阻抗的变化量，则

Z1=Z+ΔZZ2=Z-ΔZ七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器

高品质因数Q=ωL/R的电感式传感器，线圈的电感远远大于线圈的有功电阻，即ωL>>R，则有ΔZ1+ΔZ2≈jω(ΔL1+ΔL2)电感式传感器的测量电路：交流电桥、变压器式交流电桥以及谐振式等。

1、交流电桥式测量电路目前二十五页\总数八十五页\编于十六点电桥输出电压为七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器线性处理后电桥输出电压为1、交流电桥式测量电路差动式传感器的电感灵敏度K0为①变间隙差动式电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。②差动式的线性度明显改善。输出电压与Δδ成正比。目前二十六页\总数八十五页\编于十六点曲线1、2为两线圈各自电感特性；曲线3为两线圈差接时的电感特性；曲线4为差接后电桥输出电压与衔铁位移的特性曲线。七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器1、交流电桥式测量电路δU0L/mHδ/mmL04321ⅠⅡ1234-ΔδΔδ电桥输出特性：电桥输出电压大小与衔铁位移量Δδ有关，相位与衔铁移动方向有关。若设衔铁向上移动Δδ为负，则U0为负；衔铁向下移动Δδ为正，则U0为正，相位差180°。目前二十七页\总数八十五页\编于十六点变压器式交流电桥测量电路，电桥两桥臂分别为传感器两线圈的阻抗，另外两桥臂分别为电源变压器的两次级线圈，其阻抗为次级线圈总阻抗的一半。七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器2、变压器式交流电桥测量时被测件与传感器衔铁相连，当衔铁处于中间位置，即Z1=Z2=Z时电桥输出电压为零，电桥平衡。Z1Z2IABCD~当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压为

目前二十八页\总数八十五页\编于十六点当传感器衔铁上移时，Z1=Z+ΔZ，Z2=Z-ΔZ，若线圈的Q值很高，损耗电阻可忽略，则桥路输出电压为七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器2、变压器式交流电桥当衔铁上下移动相同距离时，电桥输出电压大小相等而相位相反。要判断衔铁方向需要经过相敏检波电路的处理。Z1Z2IABCD~当传感器衔铁下移时，Z1=Z-ΔZ，Z2=Z+ΔZ，桥路输出电压为目前二十九页\总数八十五页\编于十六点七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器2、变压器式交流电桥目前三十页\总数八十五页\编于十六点①衔铁中间位置七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器3、相敏检波测量电路②衔铁上移L1增大，自感电动势增加；L2减小，自感电动势减少。

正半周→E点电势高，F点低通路E→J→G→F，UG降低通路E→K→H→F，UH升高负半周→F点电势高，E点低通路E→J→H→F，UG降低通路E→K→G→F，UH升高结论：无论是正半周还是负半周，衔铁上移时UG<UH。+3+2+10+4+1+3+5-5-3-2-30-4-1-1目前三十一页\总数八十五页\编于十六点七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器3、相敏检波测量电路③衔铁下移L1增小，自感电动势减少；L2减大，自感电动势增加。

结论：无论正半周还是负半周，衔铁下移时UG>UH。衔铁下移时，UG>UH;衔铁上移时，UG<UH。通过相敏检波电路输出电压的正负可判断衔铁位移的方向。相敏检波电路输出电压的大小和正负判断衔铁位移的大小和方向。目前三十二页\总数八十五页\编于十六点两类谐振式测量电路：谐振式调幅电路；谐振式调频电路七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器4、谐振式测量电路（1）谐振式调幅电路传感器电感L与电容C、变压器原边串联在一起，接入交流电源，变压器副边输出电压，电压的频率与电源频率相同，而幅值随着电感L而变化。输出电压与电感的关系曲线中L0为谐振点的电感值，电路灵敏度很高，但线性差，适用于线性度要求不高的场合。目前三十三页\总数八十五页\编于十六点七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器4、谐振式测量电路（2）谐振式调频电路调频电路的基本原理：传感器电感L的变化引起输出电压频率的变化。通常传感器电感L和电容C接入一个振荡回路中，其振荡频率为当L变化时，振荡频率随之变化，根据频率的大小即可测出被测量的值。振荡频率与电感变化之间具有严重的非线性关系。目前三十四页\总数八十五页\编于十六点七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器5、零点残余电压自感式传感器测量电桥电路，当两线圈的阻抗相等，即Z1=Z2时，电桥平衡，输出电压为零。传感器阻抗是一个复阻抗，为了达到电桥平衡，就要求两线圈的电阻相等，两线圈的电感也要相等。实际上这种情况是不能精确达到的，因而在传感器输入量为零时，电桥有一个不平衡输出电压ΔUo。在输出电压与活动衔铁位移的关系曲线图中，虚线为理论特性曲线，实线为实际特性曲线。传感器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，记作ΔUo。目前三十五页\总数八十五页\编于十六点七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器5、零点残余电压（1）零点残余电压产生原因零点残余电压主要由基波分量和高次谐波分量组成。①两电感线圈的电气参数及导磁体几何尺寸不完全对称，在两电感线圈上的电压幅值和相位不同，从而形成零点残余电压的基波分量。②传感器导磁材料磁化曲线的非线性（如铁磁饱和、磁滞损耗），使激励电流与磁通波形不一致，从而形成零点残余电压的高次谐波分量。（2）零点残余电压的影响①传感器输出特性在零点附近不灵敏，限制了分辨率的提高。目前三十六页\总数八十五页\编于十六点七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器5、零点残余电压②在电路上进行补偿。这是一种既简单又行之有效的方法。（2）零点残余电压的影响②零点残余电压太大，使线性度变坏，灵敏度下降，甚至会使放大器饱和，堵塞有用信号通过，致使仪器不再反映被测量的变化。（3）减小零点残余电压的措施①在设计和工艺上，力求做到磁路对称，铁芯材料均匀；要经过热处理以除去机械应力和改善磁性；两线圈绕制要均匀，力求几何尺寸与电气特性保持一致。目前三十七页\总数八十五页\编于十六点一、变磁阻式传感器工作原理二、变磁阻式传感器基本类型三、变截面式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性五、差动式自感传感器六、自感式传感器的等效电路七、自感式传感器的测量电路§4.1变磁阻式电感传感器目前三十八页\总数八十五页\编于十六点

第4章电感式传感器4.1变磁阻式电感传感器4.2差动变压器式电感传感器4.3电涡流式传感器4.4电感式传感器的应用目前三十九页\总数八十五页\编于十六点差动变压器式互感传感器§4.2差动变压器式电感传感器基本概念互感式传感器：被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器。次级线圈初级线圈基本种类有变隙式、变面积式和螺线管式等。应用最多的是螺线管式差动变压器。基本结构：主要包括有衔铁、初级绕组、次级绕组和线圈框架等。次级绕组用差动形式连接，也差动变压器式传感器。工作原理类似于变压器。初、次级绕组的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移的改变而变化。目前四十页\总数八十五页\编于十六点一、螺线管式差动变压器二、变隙式差动变压器三、差动变压器式传感器测量电路§4.2差动变压器式电感传感器目前四十一页\总数八十五页\编于十六点一、螺线管式差动变压器§4.2差动变压器式电感传感器1、螺线管式差动变压器结构与原理（1）螺线管式差动变压器结构由初级线圈，两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。两个次级线圈反向串联，构成差动式。根据初、次级线圈排列不同，螺管式差动变压器有二节式、三节式、四节式和五节式等形式。1初级线圈；2次级线；3衔铁；4导杆1223432121123

二节式三节式四节式五节式目前四十二页\总数八十五页\编于十六点一、螺线管式差动变压器§4.2差动变压器式电感传感器1、螺线管式差动变压器结构与原理（2）螺线管式差动变压器等效电路在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下等效电路。根据电磁感应原理有变压器两次级绕组反向串联，则差动变压器输出电压为零。设差动变压器中初级线圈的匝数为W1，两个次级线圈的匝数分别为W1a和W1b。当初级绕组加以激励电压时，根据变压器的工作原理，在两个次级绕组中便会产生感应电势。若工艺上保证变压器结构完全对称,则当活动衔铁处于初始平衡位置时，必然会使两互感系数相等。目前四十三页\总数八十五页\编于十六点一、螺线管式差动变压器§4.2差动变压器式电感传感器2、螺线管式差动变压器输出特性当衔铁移向次级绕组L2a边，互感Ma增大，Mb减小，因而次级绕组L2a内的感应电动势大于次级绕组内L2b的感应电动势，差动变压器输出电动势不为零。在传感器的量程内，衔铁位移越大，差动变压器输出电动势就越大。

当次级两绕组反向串联、次级开路时差动变压器输出电压为当衔铁移向次级绕组L2b边，差动输出电动势仍不为零，但移动方向改变，输出电动势反相。差动变压器输出电动势的大小和相位可知道衔铁位移的大小和方向。目前四十四页\总数八十五页\编于十六点一、螺线管式差动变压器§4.2差动变压器式电感传感器2、螺线管式差动变压器输出特性输出电压的有效值为因此，只要求出互感和对活动衔铁位移x的关系式，即可得到螺线管式差动变压器的基本特性表达式。当激磁电压的幅值和角频率、初级绕组的直流电阻及电感为定值时，差动变压器输出电压仅仅是初级绕组与两个次级绕组之间互感之差的函数。目前四十五页\总数八十五页\编于十六点一、螺线管式差动变压器§4.2差动变压器式电感传感器2、螺线管式差动变压器输出特性（1）激励电压幅值与频率的影响激励电源电压幅值的波动，使线圈的磁通发生变化，直接影响输出电势。适当选择频率，频率波动的影响不大。（2）温度变化的影响环境温度的变化，引起线圈及导磁体磁导率变化，产生温度漂移。当线圈品质因数较低时，影响更为严重。

（3）零点残余电压的影响实际上，当使用桥式电路时在零点有从零点几mV到数十mV的残余电压。目前四十六页\总数八十五页\编于十六点一、螺线管式差动变压器二、变隙式差动变压器三、差动变压器式传感器测量电路§4.2差动变压器式电感传感器目前四十七页\总数八十五页\编于十六点二、变隙式差动变压器§4.2差动变压器式电感传感器1、变隙式差动变压器结构与原理闭磁路变隙式差动变压器的结构：在A、B两个铁芯上绕有W1a=W1b=W1的两个初级绕组和W2a=W2b=W2两个次级绕组。两个初级绕组的同名端顺向串联，而两个次级绕组的同名端则反向串联。

当被测体没有位移时衔铁处于初始平衡位置，与两个铁芯的间隙相等，则两绕组的互感相等，则两个次级绕组的互感电势相等。因次级绕组反相串联，差动变压器输出电压为零。输出电压的大小与相位反映位移的大小和方向。当被测体有位移时衔铁的位置发生变化，两次级绕组的互感电势不相等，即差动变压器有电压输出。目前四十八页\总数八十五页\编于十六点二、变隙式差动变压器§4.2差动变压器式电感传感器2、变隙式差动变压器输出特性在忽略铁损（即涡流与磁滞损耗忽略不计）、漏感以及变压器次级开路（或负载阻抗足够大）的条件下的等效电路。不考虑铁芯与衔铁中的磁阻影响时，变隙式差动变压器输出电压为当衔铁处于初始平衡位置时U2=0。若被测体带动衔铁移动，向上移动Δδ（向上移动为正）时有变隙式差动变压器的输出电压与衔铁位移量成正比。目前四十九页\总数八十五页\编于十六点二、变隙式差动变压器§4.2差动变压器式电感传感器2、变隙式差动变压器输出特性闭磁路变隙式差动变压器的输出特性表明，变压器输出电压大小与衔铁位移大小成正比，相位根据衔铁移动方向与输入电压同相或反向。输出电压灵敏度变隙式差动变压器灵敏度K的表达式为（1）电源幅值的适当提高可以提高灵敏度值，但要以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。

目前五十页\总数八十五页\编于十六点二、变隙式差动变压器§4.2差动变压器式电感传感器2、变隙式差动变压器输出特性（2）增加W2/W1的比值和减小δ0都能使灵敏度K值提高。但W2/W1的比值与变压器的体积及零点残余电压有关。不论从灵敏度考虑，还是从忽略边缘磁通考虑，均要求变隙式差动变压器的δ0愈小愈好。为兼顾测量范围的需要，一般选择传感器的δ0为0.5mm。目前五十一页\总数八十五页\编于十六点二、变隙式差动变压器§4.2差动变压器式电感传感器2、变隙式差动变压器输出特性（3）在考虑铁损和线圈中分布电容等条件下，传感器的性能变差（灵敏度降低、非线性加大等）。但是，在一般工程应用中可以忽略的。（4）变压器副边开路条件，对电子线路构成的测量电路很容易满足。但直接配接低输入阻抗电路，就必须考虑变压器副边电流对输出特性的影响。目前五十二页\总数八十五页\编于十六点一、螺线管式差动变压器二、变隙式差动变压器三、差动变压器式传感器测量电路§4.2差动变压器式电感传感器目前五十三页\总数八十五页\编于十六点三、差动变压器式传感器测量电路§4.2差动变压器式电感传感器差动变压器输出交流电压，用交流电压表测量，只能反映衔铁位移大小，不能反映移动方向；测量值中还包含零点残余电压。R2R1abhgcfde3为了辨别移动方向和消除零点残余电压，实际测量时，常常采用差动整流电路和相敏检波电路。

D2u1u2RRLRD3D1D4RRT1T2e1e2相敏检波电路全波差动整流电路目前五十四页\总数八十五页\编于十六点三、差动变压器式传感器测量电路§4.2差动变压器式电感传感器1、典型差动整流电路半波电压输出半波电流输出全波电压输出全波电流输出目前五十五页\总数八十五页\编于十六点三、差动变压器式传感器测量电路§4.2差动变压器式电感传感器2、全波电压输出差动整流电路差动变压器的两个次级输出电压分别全波整流，整流电压的差值作为输出，适用于交流阻抗负载。电阻R0用于调整零点残余电压。差动整流电路，电压输出的，适用于交流阻抗负载；电流输出的，适用于低阻抗负载。从电路结构可知，不论两个次级线圈的输出瞬时电压极性如何，流经电容C1的电流方向总是从2到4，流经电容C2的电流方向总是从6到8，整流电路的输出电压为目前五十六页\总数八十五页\编于十六点三、差动变压器式传感器测量电路§4.2差动变压器式电感传感器2、全波电压输出差动整流电路衔铁零位时，U24=U68，U2=0；衔铁上移时，U24>U68，U2>0；衔铁下移时，U24<U68，U2<0。U2的正负表示衔铁位移方向;U2的大小表示衔铁位移大小。

差动整流电路具有结构简单,不需要考虑相位调整和零点残余电压的影响,分布电容影响小和便于远距离传输等优点，因而获得广泛应用。目前五十七页\总数八十五页\编于十六点一、螺线管式差动变压器二、变隙式差动变压器三、差动变压器式传感器测量电路§4.2差动变压器式电感传感器目前五十八页\总数八十五页\编于十六点

第4章电感式传感器4.1变磁阻式电感传感器4.2差动变压器式电感传感器4.3电涡流式传感器4.4电感式传感器的应用目前五十九页\总数八十五页\编于十六点一、电涡流式传感器基本原理二、电涡流式传感器输出特性三、电涡流式传感器基本类型四、电涡流式传感器测量电路§4.3电涡流式传感器目前六十页\总数八十五页\编于十六点一、电涡流式传感器基本原理涡流式传感器的基本原理：利用金属导体在交流磁场中的电涡流效应。电涡流：若一金属板置于一只线圈的附近，当线圈输入一交变电流时，便产生交变磁通量，金属板在此交变磁场中会产生感应电流，这种电流在金属体内是闭合的，称之为电涡流或涡流。若固定某些参数，就可根据涡流的变化测量另一个参数。§4.3电涡流式传感器涡流的大小与金属板的电阻率ρ、磁导率μ、厚度h、金属板与线圈的距离δ、激励电流角频率ω等参数有关。激励线圈金属导体目前六十一页\总数八十五页\编于十六点一、电涡流式传感器基本原理二、电涡流式传感器输出特性三、电涡流式传感器基本类型四、电涡流式传感器测量电路§4.3电涡流式传感器目前六十二页\总数八十五页\编于十六点二、电涡流式传感器输出特性被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环中的电流，短路环可认为是一匝短路线圈，电阻为R2、电感为L2。线圈与被测导体等效为两个相互耦合的线圈。线圈与导体间存在一个互感M，随线圈与导体间距的减小而增大。电涡流式传感器等效电路§4.3电涡流式传感器根据基尔霍夫第二定律，有1、等效电路目前六十三页\总数八十五页\编于十六点二、电涡流式传感器输出特性解方程得等效阻抗的表达式为线圈受电涡流影响后的等效电感§4.3电涡流式传感器线圈受电涡流影响后的等效电阻2、等效阻抗与品质因数线圈等效品质因数特性参数影响因素：

Q：

L2,R2,L1,R1,ω,MReq、Leq、Q是M2的函数目前六十四页\总数八十五页\编于十六点一、电涡流式传感器基本原理二、电涡流式传感器输出特性三、电涡流式传感器基本类型四、电涡流式传感器测量电路§4.3电涡流式传感器目前六十五页\总数八十五页\编于十六点三、电涡流式传感器的基本类型电涡流式传感器可分为高频反射式和低频透射式两类。§4.3电涡流式传感器高频信号激励传感器线圈产生高频交变磁场，当被测导体靠近线圈时，产生电涡流，而电涡流又产生一交变磁场阻碍外磁场的变化。1、高频反射式从能量角度分析，被测导体内存在着电涡流损耗，使传感器的Q值和等效阻抗Z降低。当被测体与传感器间距离改变时，传感器的Q和Z、电感L均发生变化，位移量转换成电量。目前六十六页\总数八十五页\编于十六点三、电涡流式传感器基本类型§4.3电涡流式传感器发射线圈和接收线圈置于被测金属板上下方。当低频电压加到线圈1的两端后，产生磁场线的一部分透过金属板，使线圈2产生感应电动势。但涡流消耗部分磁场能量，使感应电动势减少，当金属板越厚时，损耗的能量越大，输出电动势越小。2、低频透射式电动势的大小与金属板的厚度及材料的性质有关。电动势随材料厚度的增加按负指数规律减少。若金属板材料的性质一定，即可测厚度。目前六十七页\总数八十五页\编于十六点一、电涡流式传感器基本原理二、电涡流式传感器输出特性三、电涡流式传感器基本类型四、电涡流式传感器测量电路§4.3电涡流式传感器目前六十八页\总数八十五页\编于十六点三、电涡流式传感器测量电路1、调频式电路电涡流传感器的测量电路主要有调频式、调幅式电路和交流电桥等。传感器线圈接入振荡回路，当传感器与被测导体距离改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，导致振荡频率的变化。§4.3电涡流式传感器频率变化是距离的函数，频率可由数字频率计直接测量，或通过频率~电压变换，用电压表测量对应的电压。目前六十九页\总数八十五页\编于十六点三、电涡流式传感器测量电路2、调幅式电路传感器线圈L、电容器C和石英晶体组成石英晶体振荡电路。当金属导体远离传感器线圈时，谐振回路谐振频率fo，回路呈现的阻抗最大，谐振回路上的输出电压也最大；当金属导体靠近时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐，输出电压降低，L的数值随距离的变化而变化。因此，输出电压也随而变化。§4.3电涡流式传感器石英晶体振荡器起恒流源的作用，给谐振回路提供一个频率f0稳定的激励电流io，LC回路的阻抗为Z时输出电压目前七十页\总数八十五页\编于十六点一、电涡流式传感器基本原理二、电涡流式传感器输出特性三、电涡流式传感器基本类型四、电涡流式传感器测量电路§4.3电涡流式传感器目前七十一页\总