第4章 电感式传感器与振动检测

第4章电感式传感器与振动检测【教学目标】掌握电感式传感器的工作原理了解电感式传感器的分类及各自的特点掌握电感式传感器的测量电路了解电感传感器的应用【教学重点】电感式传感器的工作原理电感式传感器的测量电路【教学难点】电感式传感器的典型应用【主要内容】自感式传感器互感式传感器电涡流式传感器第4章电感式传感器与振动检测4.1自感式传感器自感传感器的结构和工作原理自感式传感器是把被测量的变化转换成自感的变化，通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。自感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管型三种。自感式传感器由线圈、铁心和衔铁三部分组成。4.1自感式传感器自感传感器的工作原理根据电感的定义可写出电感值表达式为：

式中：Ψ—线圈总磁链；

I—通过线圈的电流；

W—线圈的匝数；

Φ—穿过线圈的磁通。4.1自感式传感器

4.1自感式传感器

4.1自感式传感器

4.1自感式传感器

4.1自感式传感器螺管型电感式传感器对于长螺管线圈

l>>r，当衔铁工作在螺管的中部时，可以认为线圈内磁场强度是均匀的，线圈电感量L与衔铁的插入深度

l大致上成正比。这种传感器结构简单，制作容易，灵敏度较低，适用于测量较大的位移量。lrx2ra线圈衔铁4.1自感式传感器差动电感传感器两个相同的传感器线圈共用同一个衔铁，构成差动式电感传感器，这样可以提高传感器的灵敏度，减小测量误差。(a)差分变气隙式

（b）差分变面积式

（c）差分螺管式4.1自感式传感器

4.1自感式传感器2自感传感器的测量电路交流变压器式电桥当衔铁上移时：当衔铁下移时：4.1自感式传感器3自感传感器的典型应用变气隙式差动电感压力传感器4.1自感式传感器3自感传感器的典型应用轴向式电感测微器

最小量程可达

3μm。图中：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4.2互感式传感器1互感传感器的结构和工作原理图为常见的互感式传感器结构，其中：(a)、(b)为变间隙式差动变压器；(c)、(d)为螺线管式差动变压器；(e)、(f)为变截面式差动变压器；4.2互感式传感器1互感传感器的结构和工作原理以螺线管式差动变压器为例：当活动衔铁处于初始平衡位置时，输出电压为零。当活动衔铁向某一个次级线圈方向移动时，则该次级线圈内磁通增大，使其感应电势增加，差动变压器有输出电压，其数值反映了活动衔铁的位移。三段式螺管差动变压器结构示意图4.2互感式传感器1互感传感器的结构和工作原理差动变压器等效电路差动变压器输出电压特性曲线4.2互感式传感器2互感传感器的测量电路4.2互感式传感器3互感传感器的典型应用差动变压器式加速度传感器图中：1——弹性支承；2——差动变压器。4.2互感式传感器3互感传感器的典型应用差动变压器式压力变送器图中：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。4.3电涡流式传感器1电涡流传感器的工作原理根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，称之为电涡流或涡流，这种现象称为涡流效应。4.3电涡流式传感器1电涡流传感器的工作原理

如图所示，将块状金属导体置于通有交变电流的传感器线圈磁场中。

根据法拉第电磁感应原理，由于电流的变化，在线圈周围就产生一个交变磁场，当被测导体置于该磁场范围之内，被测导体内便产生电涡流，电涡流也将产生一个新磁场，和方向相反，抵消部分原磁场，从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因素发生变化。电涡流作用原理图4.3电涡流式传感器1电涡流传感器的工作原理传感器的等效电感为：线圈的品质因数为：电涡流式传感器等效电路4.3电涡流式传感器2电涡流传感器的结构电涡流式传感器结构比较简单，主要由一个安置在探头壳体的扁平圆形线圈构成。电涡流传感器内部结构图4.3电涡流式传感器2电涡流传感器的结构电涡流传感器实物图4.3电涡流式传感器电涡流传感器的测量电路电桥电路法4.3电涡流式传感器电涡流传感器的测量电路谐振电路法调幅法谐振调幅电路特性调幅法测量电路原理图4.3电涡流式传感器电涡流传感器的测量电路谐振电路法调频法调频法测量电路原理图4.3电涡流式传感器电涡流传感器的典型应用低频透射涡流测厚仪测厚仪的工作原理：发射线圈L1和接收线圈L2分别位于被测物体的上下方。若在L1上加低频电压u1，线圈中流过一个相同频率的交变电流，并在其周围产生交变磁场。若两线圈之间无被测物体，则L1的磁场就能直接贯穿L2，于是L2的两端就会感生交变电势e，e