传感器：第四章 电感式传感器幻灯片.pptVIP

2.电子秤 3.微压力变送器 2007.9.29 JGLX303- 一、结构和工作原理 高频反射式电涡流传感器结构见下图。 4.3 电涡流式传感器 电涡流传感器的原理参见下图。当线圈通以高频电流时产生一交变磁通 ，当线圈靠近导体时在导体中产生电涡流 ，而此电涡流又产生一交变磁场 ，该磁场反过来阻碍外磁场的变化。导致线圈的电感，Q值，等效阻抗发生变化，这一变化是距离 的函数。 二、等效电路 电涡流传感器的等效电路见下图。 根据克希荷夫定律和定义的电流方向，有 解上面方程组得 线圈的等效阻抗 等效电感为 线圈的等效Q值为 式中 由前面式子可看出 都是互感系数 的平方的函数，从互感系数的公式可知，互感系数是距离的非线性函数，因此 均是非线性函数。 等效电感表达式中 项与静磁效应有关，当金属导体为磁性材料时， 随距离减小而增大。若金属导体为非磁性材料，则 不变。 等效电感表达式中第二项为电涡流回路的反射电感，它使传感器的等效电感值减小。 因此，靠近非磁性材料或硬磁材料时，传感器线圈的等效电感减小；靠近软磁材料时，等效电感增大。 通常测量中用一电容与传感器线圈并联，构成并联谐振回路。在无被测导体时，传感器调谐到某频率 ，当靠近被测导体时，回路将失谐。谐振回路的谐振曲线与靠近的导体类型关系参见下图。 在输入频率一定的情况 下，传感器LC回路的阻 抗变化既反映电感的变 化，同时又反映Q值的 变化。 三、线圈形状、尺寸对性能的影响 单匝圆导线在中心轴上的磁感应强度，为 设 为常数，下图反映了 与 在不同圆导线半径下的关系曲线。 对于多匝线圈，可以认为是多个圆导线磁场的叠加。参见下图，设线圈共 匝，电流为 ，则线圈截面电流密度为 如图在线圈截面上取微元 环形电流其电流为 该微元环形电流产生的磁感应强度，由前面公式得 对上式积分得到整个线圈所产生的磁感应强度为 因为 积分后得 取不同的 的值，绘出上式的曲线，如下。 四、测量电路 根据涡流传感器原理，当距离改变时，传感器的Q值，等效阻抗Z，等效电感L的三个参数都将改变。测量这三个参数中的任意一个即可换算出距离来。 （一）载波频率改变的调幅法和调频法 该电路的核心是一个电容三点式振荡器，传感器线圈作为振荡回路的一个电感元件。电路参见下图。当无被测导体时，回路谐振于 ，此时Q值最大，对应输出电压也最大。当被测导体接近时，振荡器的谐振频率改变，谐振曲线中心向两边移动，并且变平坦。参见后图。通过测量幅度或频率可以计算出位移量。 2006.10.9 JC204- 软磁材料 非磁、硬磁材料 （二）调频式测量电路 该电路的测量原理是利用距离的变化导致线圈电感的变化，线圈电感的变化引起振荡频率的变化，通过测量振荡频率，计算出距离。 电路由克拉泼电容三点式振荡器和射极跟随器构成。振荡器的振荡频率 射极跟随器起隔离（防止负载对振荡频率的影响）和阻抗匹配作用。 为了消除分布电容对振荡频率的影响，通常将电容C与传感器封装在一起。 钢板 铜板 五、应用 由于涡流式传感器测量范围大、灵敏度高、结构简单，抗干扰能力强，并且是非接触测量等优点，因此大量使用在各个领域。 （一）位移测量 由于非接触测量，因此常用于高速运转工件位移的测量。 （二）振幅测量 由于非接触测量，因此常用于振幅的测量。采用多个传感器探头可以测量出振动形状。 （三）厚度测量 涡流式传感器也可以由于金属板材的厚度和非金属材料金属镀层的厚度。参见下图。板厚度 （四）转速测量 原理参见下图。 （五）涡流探伤 涡流式传感器可以用来检查金属表面的裂纹、热处理裂纹以及焊接部位的探伤。使传感器与被测物体距离不变，如有裂纹将引起金属的电阻率、磁导率的变化，引起传感器输出。 通常探伤时传感器沿被测工件表面移动，在测量线圈上产生调制频率信号，调制频率取决于相对运动速度和导体中物理性质的变化，如缺陷、裂缝等。缺陷、裂缝会产生较高频率的调幅波。为此常常采用带通滤波器，滤除干扰，保留有用信号。 本章重点： 1.了解气隙型电感传感器原理，掌握螺线管型电感（重点是差动型）传感器的原理及其误差分析； 2.掌握螺线管式差动变压器的工作原理及其误差分析； 3.掌握自感式电感传感器处理电桥的工作原理。掌握相敏检波的思想及处理电路； 4.掌握涡流式传感器的工作原理；理解涡流式传感器处理电路工作原理； 5.了解电感式传感器的特性及各种应用。 习题：4-1，4-2，4-3，4-5，4-6，4-11，4-12 将前面输出，经整理变换后得 当 值很高