电感传感器课件

第三章电感传感器1

电感式传感器电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。分类:电感式传感器

自感型

可变磁阻型

涡流式

互感型2

1.可变磁阻式(自感型)原理:电磁感应

W:线圈匝数；

L1:软铁长度；μ1：软铁磁导率；μ0：空气磁导率A1：铁芯导磁截面A0：空气导磁截面可变磁阻式传感器基本原理1．线圈2.铁芯3.衔铁3

(1).间隙变化型间隙变化型可变磁阻式传感器结构

当μ0

、A0固定不变，改变δ时，L与δ呈非线形（双曲线）关系，

L与δ的双曲线关系

传感器灵敏度：4

(2).面积变化型面积变化型可变磁阻式传感器结构

当μ0

、

δ

固定不变，改变A0时，L与A0呈线形关系，

传感器灵敏度L与A0的线形关系=常数5

(3).螺线管型当其它参数不变，仅改变L1，使Rm变化，从而产生电感的变化。6

(5).差动型变间隙型差动变压器输出特性传感器灵敏度7

2.涡流式电感传感器

当金属板置于变化磁场中或者在磁场中运动时，在金属板中产生感应电流，这种电流在金属体内是闭合的，称为涡流。涡流的大小与金属板的电阻率ρ、磁导率μ、厚度t，以及金属板与线圈距离、激励电流、角频率等参数有关。涡流式电感传感器可分为1）高频反射式2）低频投射式8

原线圈的等效阻抗Z变化：(1).高频反射式（集肤效应）高频反射式涡流传感器δ

9

(2).低频透射式（互感原理）低频透射式涡流传感器e2随材料厚度增加变化的规律10

5.涡流式传感器的应用案例：位移、振幅、轴心轨迹的测量径向振动的测量构件振幅的测量构件振型的测量轴心轨迹的测量11

其中，n为转轴的转速；f为脉冲频率；z为转轴上的槽数或齿数。案例:转速的测量12

案例：

测厚案例：

零件计数13

案例：连续油管的椭圆度测量CoiledTubeEddySensor

ReferenceCircle

原理：14

案例：

无损探伤原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。

火车轮检测油管检测15

3.变压器式--差动变压器工作原理:互感现象.16

应用:厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,压缩,垂直度;

压力,流量,液位;张力,重力,负荷量;扭矩,

应力,动力;气压,温度;振动,速度,加速度;等.案例：板的厚度测量

~案例：张力测量▲

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电容式传感器

1.变换原理

将被测物理量的变化转化为电容量变化。两平行极板组成的电容器,它的电容量为:+++

A

当被测量δ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。18

2.分类

a)极距变化型+++

c)介质变化型b)面积变化型:平面线位移型,角位移型,柱面线位移型19

3.灵敏度

a)极距变化型传感器的灵敏度近似为：变极距电容传感器

平板电容器初始电容若极距缩小△d非线性关系若△d/d<<1时，则上式可简化为最大位移应小于间距的1/10差动式改善其非线性21

传感器灵敏度b)面积变化型a)直线位移型

直线位移型b)角位移型

传感器灵敏度

角位移型22

c)介质变化型介质常数变化型电容式传感器大多用于测量电介质的厚度(图a)、位移(图b)、液位(图c)根据极板介质的介电常数随温度、湿度、容量改变而改变来测量温度、湿度、容量(图d)等。电容式液位传感器初始电容电容与液位的关系为：当L=0时，传感器的初始电容当被测电介质进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为电容变化量与电介质移动量L呈线性关系电容式传感器主要性能1.静态灵敏度被测量缓慢变化时传感器电容变化量与引起其变化的被测量变化之比2.非线性变极距型，其静态灵敏度为将上式展开成泰勒级数得差动结构也可提高灵敏度但δ过小易导致电容器击穿(空气的击穿电压为3kv/mm)在极间加一层云母片(击穿电压>103kv/mm)或塑料膜来改善电容器耐压性能2.非线性变极距型

δ取值不能大，否则将降低灵敏度采用差动形式，并取两电容之差为输出量29