第6章电感式传感器.pptx

概述概述概述概述 电感式传感器是一种机电转换装置，电感式传感器是一种机电转换装置，特别特别是在自动控制设备中广泛应用。是在自动控制设备中广泛应用。电感式传感器利用电磁感应定律将被测电感式传感器利用电磁感应定律将被测非非电量（如位移、压力、流量、振动）电量（如位移、压力、流量、振动）转换为转换为电感或互感的变化。电感或互感的变化。按传感器结构可分为：按传感器结构可分为：自感式自感式互感式互感式电涡流式。电涡流式。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器概述概述概述概述各种电感式传感器各种电感式传感器第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器非接触式位移传感器测厚传感器电感粗糙度仪接近式传感器概述概述概述概述电感式传感器电感式传感器应用应用应用应用电感传感器测量滚珠直径，实现按误差分装塞选电感传感器测量滚珠直径，实现按误差分装塞选电感传感器测量滚珠直径，实现按误差分装塞选电感传感器测量滚珠直径，实现按误差分装塞选第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.16.16.16.1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）6.1.1 6.1.1 6.1.1 6.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 结构结构结构结构:由由由由线圈、铁芯、衔铁线圈、铁芯、衔铁线圈、铁芯、衔铁线圈、铁芯、衔铁三部分组成。三部分组成。三部分组成。三部分组成。铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为 ;传感器运动部分与衔铁相连，衔铁移动时传感器运动部分与衔铁相连，衔铁移动时传感器运动部分与衔铁相连，衔铁移动时传感器运动部分与衔铁相连，衔铁移动时 发发发发 生变化，引起磁路的磁阻生变化，引起磁路的磁阻生变化，引起磁路的磁阻生变化，引起磁路的磁阻R Rmm变化，使电芯线圈变化，使电芯线圈变化，使电芯线圈变化，使电芯线圈 的电感值的电感值的电感值的电感值L L变化；变化；变化；变化；v 只要改变气隙厚只要改变气隙厚 度或气隙截面积度或气隙截面积 就可以改变电感。就可以改变电感。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.16.16.16.1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）6.1.1 6.1.1 6.1.1 6.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理线圈自感可按下式计算：线圈自感可按下式计算：式中：式中：N:线圈匝数线圈匝数；Rm:磁路总磁阻；磁路总磁阻；S0:气隙的截面积；气隙的截面积；:气隙厚度；气隙厚度；0:导磁率（真空、空气）导磁率（真空、空气）第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.16.16.16.1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 输出特性输出特性输出特性输出特性 衔铁位移衔铁位移 引起的电感变化为：引起的电感变化为：第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器电感初始气隙电感初始气隙 0 0处初始电感量为处初始电感量为L0 0 0LL0L0+L0L0L06.16.16.16.1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 输出特性输出特性输出特性输出特性 /1 1时，时，用泰勒级数展开用泰勒级数展开衔铁衔铁下移时下移时(增大增大)衔铁衔铁上移时上移时(减小减小)第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.16.16.16.1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 输出特性输出特性输出特性输出特性 对上式作线性处理忽略高次项时对上式作线性处理忽略高次项时讨论：讨论：变间隙式电感传感器用于小位移比较精确；变间隙式电感传感器用于小位移比较精确；一般一般/=0.1-0.2；为减小非线性误差，实际测量中多采用差动为减小非线性误差，实际测量中多采用差动式。式。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器u灵敏度灵敏度 6.16.16.16.1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 输出特性输出特性输出特性输出特性 v 差动式原理：差动式原理：差动变隙式由两个相同的线圈和磁路组成。当差动变隙式由两个相同的线圈和磁路组成。当被测量通过导杆使衔铁上下位移时，两个回路中磁被测量通过导杆使衔铁上下位移时，两个回路中磁阻发生大小相等、方向相反的变化，形成差动形式。阻发生大小相等、方向相反的变化，形成差动形式。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.16.16.16.1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 输出特性输出特性输出特性输出特性 对上式进行线性处理并忽略高次项：对上式进行线性处理并忽略高次项：v 差动式灵敏度为：差动式灵敏度为：电感的变化为：电感的变化为：第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.16.16.16.1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 输出特性输出特性输出特性输出特性 讨论：讨论：u 比较单线圈，差动式的灵敏度提高了一倍；比较单线圈，差动式的灵敏度提高了一倍；u 差动式非线性项比单线圈多乘了差动式非线性项比单线圈多乘了(/)因子；因子；u 不存在偶次项，因不存在偶次项，因 /1，线性度得到改善。，线性度得到改善。u 差动式的两个电感结构，可抵消温度、噪声干扰差动式的两个电感结构，可抵消温度、噪声干扰 的影响。的影响。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.16.16.16.1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）6.1.3 6.1.3 6.1.3 6.1.3 测量电路测量电路测量电路测量电路（1 1 1 1）变压器式交流电桥）变压器式交流电桥）变压器式交流电桥）变压器式交流电桥 电桥的两臂是传感器线圈电桥的两臂是传感器线圈阻抗臂、另外两个臂是交流阻抗臂、另外两个臂是交流变压器次级线圈各占变压器次级线圈各占1212，交流供电。交流供电。桥路输出电压为：桥路输出电压为：第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.16.16.16.1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）6.1.3 6.1.3 6.1.3 6.1.3 测量电路测量电路测量电路测量电路u衔铁上下移动相同距离时，输出电压大小相等方衔铁上下移动相同距离时，输出电压大小相等方向相差向相差180，要判断衔铁方向就是判断信号相位。，要判断衔铁方向就是判断信号相位。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器 当衔铁在中间位置当衔铁在中间位置 Z1=Z2=Z U0=0 当衔铁偏移时输出电压当衔铁偏移时输出电压当衔铁偏向另一方向当衔铁偏向另一方向6.16.16.16.1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）6.1.3 6.1.3 6.1.3 6.1.3 测量电路（转换电路）测量电路（转换电路）测量电路（转换电路）测量电路（转换电路）（2 2 2 2）交流电桥式）交流电桥式）交流电桥式）交流电桥式两个桥臂由相同线圈组成，另外两个为平衡电阻两个桥臂由相同线圈组成，另外两个为平衡电阻第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器 交流电桥结构示意图交流电桥结构示意图交流电桥结构示意图交流电桥结构示意图 等效电路等效电路6.16.16.16.1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）6.1.3 6.1.3 6.1.3 6.1.3 测量电路（转换电路）测量电路（转换电路）测量电路（转换电路）测量电路（转换电路）第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器因因输出电压为：输出电压为：可见电桥输出电压可见电桥输出电压U UACAC与气隙变量与气隙变量有关有关 代入代入电桥输出为：电桥输出为：6.16.16.16.1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）6.1.3 6.1.3 6.1.3 6.1.3 测量电路测量电路测量电路测量电路（3 3 3 3）谐振式（调幅、调频、调相）谐振式（调幅、调频、调相）谐振式（调幅、调频、调相）谐振式（调幅、调频、调相）调幅式电路调幅式电路调幅式电路调幅式电路输出幅值随电感输出幅值随电感输出幅值随电感输出幅值随电感L L L L变化变化变化变化 调频电路调频电路调频电路调频电路电感电感电感电感L L L L变化时谐振频率变化变化时谐振频率变化变化时谐振频率变化变化时谐振频率变化第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.1 6.1 6.1 6.1 变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器（自感式）6.1.4 6.1.4 6.1.4 6.1.4 变磁阻式传感器的应用变磁阻式传感器的应用变磁阻式传感器的应用变磁阻式传感器的应用压力测量压力测量压力测量压力测量 第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器被测压力经位移被测压力经位移电压两次转换输出电压两次转换输出6.2 6.2 6.2 6.2 差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 v 把被测的非电量变化转换成为把被测的非电量变化转换成为线圈互感量的变化的传感器称为互感式线圈互感量的变化的传感器称为互感式传感器。传感器。根据变压器的基本原理制成，并将次根据变压器的基本原理制成，并将次级线圈绕组用差动形式连接。级线圈绕组用差动形式连接。差动变压器的结构形式较多，应用最差动变压器的结构形式较多，应用最多的是螺线管式差动变压器。它可测量多的是螺线管式差动变压器。它可测量1 1100mm100mm范围内的机械位移。范围内的机械位移。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器次次级级次次级级骨架骨架初初级级衔衔铁铁次次级级次次级级初初级级6.2 6.2 6.2 6.2 差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）等效电路：等效电路：两个次级线圈必须反相串联接，保证差动形式。两个次级线圈必须反相串联接，保证差动形式。如果线圈完全对称并且衔铁处于中间位置时两线圈如果线圈完全对称并且衔铁处于中间位置时两线圈 互感系数相等互感系数相等 电动势相等电动势相等第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器差动输出电压为零：差动输出电压为零：初级线圈初级线圈次级线圈次级线圈6.2 6.2 6.2 6.2 差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 u 可见可见:输出电压大小和符号反映了输出电压大小和符号反映了 铁心位移的大小和方向。铁心位移的大小和方向。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器当衔铁上下移动时，输出电压随衔铁位移变化。当衔铁上下移动时，输出电压随衔铁位移变化。若衔铁上移若衔铁上移 若衔铁下移若衔铁下移 6.2 6.2 6.2 6.2 差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 基本特性基本特性基本特性基本特性 由此得到输出电压有效值为由此得到输出电压有效值为 ：v 可见输出电压与互感的差值有关可见输出电压与互感的差值有关第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器根据电磁感应定律，次级感应电动势分别为根据电磁感应定律，次级感应电动势分别为6.2 6.2 6.2 6.2 差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 基本特性基本特性基本特性基本特性铁芯向右移，铁芯向右移，输出与输出与E2a同极性；同极性；铁芯向左移，铁芯向左移，输出与输出与E2b同极性。同极性。u输输出出电电压压的的幅幅值值取取决决于于线线圈圈互互感感即即衔衔铁铁在在线线圈圈中中移移动动的的距距离离X。Uo与与Ui的的相相位位由由衔衔铁铁的的移移动动方向决定。方向决定。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.2 6.2 6.2 6.2 差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器差动变压器输出电压和位移的关系差动变压器输出电压和位移的关系6.2 6.2 6.2 6.2 差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 零点残余电压零点残余电压零点残余电压零点残余电压 v 由由于于两两个个次次级级线线圈圈绕绕组组电电气气系系数数 （M M互互感感 L L电电感感 R R内内阻阻）不不同同，几几何何尺尺寸寸工工艺艺上上很很难难保保证证完完全全相相同同。实实际际的的特特性性曲曲线线，在在零零点点上上总总有有一一个个最最小小的的输输出出电电压压，这这个个铁铁芯芯处处于于中中间间位位置置时时最最小小不不为为零零的的电电压压称称为为零零点点残余电压残余电压。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.2 6.2 6.2 6.2 差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 零点残余电压零点残余电压零点残余电压零点残余电压 为为减减小小零零点点残残余余电电压压的的影影响响，一一般般要要用用电电路路进进行行补补偿偿,电电路路补补偿的方法较多偿的方法较多,可采用以下方法。可采用以下方法。串联电阻：消除两次级绕组基波分量幅值上的差异；串联电阻：消除两次级绕组基波分量幅值上的差异；并联电阻电容：消除基波分量相差，减小谐波分量；并联电阻电容：消除基波分量相差，减小谐波分量；加反馈支路：初次级间反馈，减小谐波分量；加反馈支路：初次级间反馈，减小谐波分量；相敏检波对零点残余误差有很好的抑制作用。相敏检波对零点残余误差有很好的抑制作用。串串联联电电阻阻并并联联电电阻阻第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.2 6.2 6.2 6.2 差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）6.2.46.2.46.2.46.2.4 测量电路测量电路测量电路测量电路 第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器一般采用一般采用反串电路反串电路和和桥路桥路两种。两种。反串电路是直接把两个二次线圈反向串接（如图反串电路是直接把两个二次线圈反向串接（如图3.21）。这种）。这种情况下空载输出电压等于二次侧线圈感应电动势之差，即：情况下空载输出电压等于二次侧线圈感应电动势之差，即：图图3.21二次线圈反串电路二次线圈反串电路6.2 6.2 6.2 6.2 差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）6.2.46.2.46.2.46.2.4 测量电路测量电路测量电路测量电路 第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器桥路如图桥路如图3.22所示：其中所示：其中R1，R2是桥臂电阻，是桥臂电阻，Rw是供调零用的电是供调零用的电位器。设位器。设R1R2，则输出电压：，则输出电压：图图3.22差动变压器使用的桥路差动变压器使用的桥路可见桥路的灵敏度为前面的可见桥路的灵敏度为前面的0.5，但其优点是利用，但其优点是利用Rw可进行调零，可进行调零，不再需要另外配置调零电路。不再需要另外配置调零电路。(3-37)6.2 6.2 6.2 6.2 差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）6.2.5 6.2.5 6.2.5 6.2.5 应用举例应用举例应用举例应用举例 差差动动变变压压器器式式传传感感器器可可直直接接用用于于位位移移测测量量，也也可可以以用用来来测测量量与与位位移移有有关关的的任任何何机机械械量量，如如振振动动，加加速速度度，应变等等。应变等等。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器（1）压差计）压差计当压差变化时，腔内当压差变化时，腔内膜片位移使差动变压器次膜片位移使差动变压器次级电压发生变化，输出与级电压发生变化，输出与位移成正比，与压差成正位移成正比，与压差成正比。比。6.2 6.2 6.2 6.2 差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）6.2.5 6.2.5 6.2.5 6.2.5 应用举例应用举例应用举例应用举例第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器（2 2 2 2）液位测量）液位测量）液位测量）液位测量 沉筒式液位计将水位变沉筒式液位计将水位变化转换成位移变化，再转换化转换成位移变化，再转换为电感的变化，差动变压器为电感的变化，差动变压器的输出反映液位高低。的输出反映液位高低。6.2 6.2 6.2 6.2 差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）差动变压器式传感器（互感式）第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器（3）测厚度）测厚度6.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器 v 由由由由法拉第电磁感应原理法拉第电磁感应原理法拉第电磁感应原理法拉第电磁感应原理可知：一个块状金属导可知：一个块状金属导可知：一个块状金属导可知：一个块状金属导 体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力 线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流，线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流，线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流，线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流，这种电流叫电涡流，这种现象叫做这种电流叫电涡流，这种现象叫做这种电流叫电涡流，这种现象叫做这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应电涡流效应电涡流效应电涡流效应。根据电涡流效应制作的传感器称电涡流传感器根据电涡流效应制作的传感器称电涡流传感器根据电涡流效应制作的传感器称电涡流传感器根据电涡流效应制作的传感器称电涡流传感器;电涡流传感器能够对被测量进行电涡流传感器能够对被测量进行电涡流传感器能够对被测量进行电涡流传感器能够对被测量进行非接触测量非接触测量非接触测量非接触测量;形成电涡流必须具备两个条件：形成电涡流必须具备两个条件：形成电涡流必须具备两个条件：形成电涡流必须具备两个条件：存在交变磁场存在交变磁场存在交变磁场存在交变磁场 导电体处于交变磁场中导电体处于交变磁场中导电体处于交变磁场中导电体处于交变磁场中第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.1 6.3.1 6.3.1 6.3.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 把把把把一一一一个个个个扁扁扁扁平平平平线线线线圈圈圈圈置置置置于于于于金金金金属属属属导导导导体体体体附附附附近近近近，当当当当线线线线圈圈圈圈中中中中通通通通以以以以交交交交变变变变电电电电流流流流I I1 1时时时时，线线线线圈圈圈圈周周周周围围围围空空空空间间间间产产产产生生生生交交交交变变变变磁磁磁磁场场场场HH1 1，当当当当金金金金属属属属导导导导体体体体靠靠靠靠近近近近交交交交变变变变磁磁磁磁场场场场中中中中时时时时，导导导导体体体体内内内内部部部部就就就就会会会会产产产产生生生生涡涡涡涡流流流流I I2 2，这这这这个个个个涡涡涡涡流流流流同同同同样样样样产产产产生生生生反抗反抗反抗反抗HH1 1的交变磁场的交变磁场的交变磁场的交变磁场HH22。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器4.34.3电涡流式传感电涡流式传感电涡流式传感电涡流式传感4.3.2 4.3.2 4.3.2 4.3.2 等效电路分析等效电路分析等效电路分析等效电路分析 根根根根据据据据涡涡涡涡流流流流的的的的分分分分布布布布，可可可可以以以以把把把把涡涡涡涡流流流流所所所所在在在在范范范范围围围围近近近近似似似似看看看看成成成成一一一一个个个个单单单单匝匝匝匝短短短短路路路路次次次次级级级级线线线线圈圈圈圈。当当当当线线线线圈圈圈圈靠靠靠靠近近近近金金金金属属属属导导导导体体体体时时时时，次次次次级级级级线圈通过互感线圈通过互感线圈通过互感线圈通过互感 M M M M 对初级作用。对初级作用。对初级作用。对初级作用。第第4 4章章 电感式传感器电感式传感器等效电路的两个回路方程（基尔霍夫第二定律）：等效电路的两个回路方程（基尔霍夫第二定律）：等效电路的两个回路方程（基尔霍夫第二定律）：等效电路的两个回路方程（基尔霍夫第二定律）：4.34.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器4.3.2 4.3.2 4.3.2 4.3.2 等效电路分析等效电路分析等效电路分析等效电路分析等效电感为：等效电感为：等效电感为：等效电感为：第第4 4章章 电感式传感器电感式传感器解方程得到传感器的等效阻抗解方程得到传感器的等效阻抗解方程得到传感器的等效阻抗解方程得到传感器的等效阻抗等效电阻为：等效电阻为：等效电阻为：等效电阻为：4.34.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器4.3.2 4.3.2 4.3.2 4.3.2 等效电路分析等效电路分析等效电路分析等效电路分析结论：结论：结论：结论：u 凡凡凡凡是是是是能能能能引引引引起起起起 R R2 2、L L22、MM变变变变化化化化 的的的的物物物物理理理理量量量量均均均均可可可可以以以以引引引引起起起起传传传传 感器线圈感器线圈感器线圈感器线圈R R11、L L1 1的变化。的变化。的变化。的变化。第第4 4章章 电感式传感器电感式传感器R R R R2 2 2 2L L L L2 2 2 2M M M M L L L L1 1 1 1 R R R R1 1 1 1X X X Xd d d d6.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.2 6.3.2 6.3.2 6.3.2 等效电路分析等效电路分析等效电路分析等效电路分析结论：结论：结论：结论：u被测体（金属）的电阻率被测体（金属）的电阻率被测体（金属）的电阻率被测体（金属）的电阻率、导磁率、导磁率、导磁率、导磁率、厚度、厚度、厚度、厚度d d、线线线线圈圈圈圈与与与与被被被被测测测测体体体体间间间间的的的的距距距距离离离离X X、激激激激励励励励线线线线圈圈圈圈的的的的角角角角频频频频率率率率 等等等等都通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗都通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗都通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗都通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗Z Z发生关系。发生关系。发生关系。发生关系。u 、d d d d、X X X X、的变化使的变化使的变化使的变化使R R R R1 1 1 1、L L L L1 1 1 1发生变化，发生变化，发生变化，发生变化，若控制某些参数不变，只改变其中一个参数，若控制某些参数不变，只改变其中一个参数，若控制某些参数不变，只改变其中一个参数，若控制某些参数不变，只改变其中一个参数，可使阻抗可使阻抗可使阻抗可使阻抗 Z Z Z Z 成为这个参数的单值函数。成为这个参数的单值函数。成为这个参数的单值函数。成为这个参数的单值函数。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器 等效阻抗与这些参数有函数关系：等效阻抗与这些参数有函数关系：等效阻抗与这些参数有函数关系：等效阻抗与这些参数有函数关系：6.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.3 6.3.3 6.3.3 6.3.3 涡流的分布和强度涡流的分布和强度涡流的分布和强度涡流的分布和强度 涡流的分布：涡流的分布：涡流的分布：涡流的分布：因为金属存在因为金属存在因为金属存在因为金属存在趋肤效趋肤效趋肤效趋肤效应应应应，电涡流只存在于金，电涡流只存在于金，电涡流只存在于金，电涡流只存在于金属导体的表面薄层内属导体的表面薄层内属导体的表面薄层内属导体的表面薄层内,存存存存在一个涡流区，实际上在一个涡流区，实际上在一个涡流区，实际上在一个涡流区，实际上涡流的分布是不均匀的。涡流的分布是不均匀的。涡流的分布是不均匀的。涡流的分布是不均匀的。涡流区内各处的涡流密涡流区内各处的涡流密涡流区内各处的涡流密涡流区内各处的涡流密度不同，存在径向分布度不同，存在径向分布度不同，存在径向分布度不同，存在径向分布和轴向分布。和轴向分布。和轴向分布。和轴向分布。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器金属金属扁平线圈扁平线圈涡流区涡流区r/ros1hrosj6.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.3 6.3.3 6.3.3 6.3.3 涡流的分布和强度涡流的分布和强度涡流的分布和强度涡流的分布和强度 径向分布：径向分布：径向分布：径向分布：涡流范围与涡流线圈外径有一固定比例关系，涡流范围与涡流线圈外径有一固定比例关系，涡流范围与涡流线圈外径有一固定比例关系，涡流范围与涡流线圈外径有一固定比例关系，线圈外径确定后涡流范围也就确定了。线圈外径确定后涡流范围也就确定了。线圈外径确定后涡流范围也就确定了。线圈外径确定后涡流范围也就确定了。线圈外径处，线圈外径处，线圈外径处，线圈外径处，r=rr=rr=rr=ros os os os 金属涡流密度最大；金属涡流密度最大；金属涡流密度最大；金属涡流密度最大；线圈中心处，线圈中心处，线圈中心处，线圈中心处，r=0 r=0 r=0 r=0 涡流密度为零涡流密度为零涡流密度为零涡流密度为零(j=0)(j=0)(j=0)(j=0)；r 0.4rr 0.4rr 0.4rr 0.4rosososos处（以内）基本没有涡流；处（以内）基本没有涡流；处（以内）基本没有涡流；处（以内）基本没有涡流；r=1.8rr=1.8rr=1.8rr=1.8rosososos线圈外径处涡流密度衰减到最大值的线圈外径处涡流密度衰减到最大值的线圈外径处涡流密度衰减到最大值的线圈外径处涡流密度衰减到最大值的5%5%5%5%。v 涡流密度最大值在线圈外径附近一个狭窄区域内涡流密度最大值在线圈外径附近一个狭窄区域内涡流密度最大值在线圈外径附近一个狭窄区域内涡流密度最大值在线圈外径附近一个狭窄区域内第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.3 6.3.3 6.3.3 6.3.3 涡流的分布和强度涡流的分布和强度涡流的分布和强度涡流的分布和强度第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器 轴向分布：轴向分布：轴向分布：轴向分布：由由由由于于于于趋趋趋趋肤肤肤肤效效效效应应应应涡涡涡涡流流流流只只只只在在在在表表表表面面面面薄薄薄薄层层层层存存存存在在在在，沿沿沿沿磁磁磁磁场场场场H H H H方向（轴向）也是分布不均匀的。方向（轴向）也是分布不均匀的。方向（轴向）也是分布不均匀的。方向（轴向）也是分布不均匀的。jzjo/ehzjoh h-趋肤深度趋肤深度趋肤深度趋肤深度-金属表面涡流密度金属表面涡流密度金属表面涡流密度金属表面涡流密度 距离金属表面距离金属表面距离金属表面距离金属表面Z Z Z Z处涡流按指数规律衰减：处涡流按指数规律衰减：处涡流按指数规律衰减：处涡流按指数规律衰减：6.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.3 6.3.3 6.3.3 6.3.3 涡流的分布和强度涡流的分布和强度涡流的分布和强度涡流的分布和强度 强度：当线圈与被测体距离改变时，电涡流密度强度：当线圈与被测体距离改变时，电涡流密度强度：当线圈与被测体距离改变时，电涡流密度强度：当线圈与被测体距离改变时，电涡流密度 发生变化强度也要变化。金属导体表面的电涡流强发生变化强度也要变化。金属导体表面的电涡流强发生变化强度也要变化。金属导体表面的电涡流强发生变化强度也要变化。金属导体表面的电涡流强 度度度度I I2 2 与距离与距离与距离与距离X X是非线性关系，随是非线性关系，随是非线性关系，随是非线性关系，随 x/rx/r上升而下降。上升而下降。上升而下降。上升而下降。第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器I I2 2只有在只有在x/r1才能有较好线性和灵敏度。才能有较好线性和灵敏度。X/rosI2/I11.01 2 3 46.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.4 6.3.4 6.3.4 6.3.4 测量电路测量电路测量电路测量电路第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器调幅式调幅式调幅式调幅式L L L L为电涡流线圈为电涡流线圈为电涡流线圈为电涡流线圈L L L Lx x U U U U x x6.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.4 6.3.4 6.3.4 6.3.4 测量电路测量电路测量电路测量电路第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器调频式调频式调频式调频式调频法是以调频法是以LC振谐回路振谐回路的的频率频率作为输出量，直作为输出量，直用频率计测量；或通过用频率计测量；或通过测量测量LC回路等效电感回路等效电感L，间接测量频率变化量。间接测量频率变化量。6.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.5 6.3.5 6.3.5 6.3.5 电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用 电涡流传感器目前主要应用于测位移、振动、电涡流传感器目前主要应用于测位移、振动、电涡流传感器目前主要应用于测位移、振动、电涡流传感器目前主要应用于测位移、振动、转速、测厚度、测材料、测温度、电涡流探伤。转速、测厚度、测材料、测温度、电涡流探伤。转速、测厚度、测材料、测温度、电涡流探伤。转速、测厚度、测材料、测温度、电涡流探伤。特点：做非接触式测量。特点：做非接触式测量。特点：做非接触式测量。特点：做非接触式测量。应用应用应用应用（1 1 1 1）测厚）测厚）测厚）测厚 ：低频透射式涡流厚度传感器：低频透射式涡流厚度传感器：低频透射式涡流厚度传感器：低频透射式涡流厚度传感器 高频反射式涡流厚度传感器高频反射式涡流厚度传感器高频反射式涡流厚度传感器高频反射式涡流厚度传感器（2 2 2 2）测转速）测转速）测转速）测转速 （3 3 3 3）测振动）测振动）测振动）测振动 （4 4 4 4）电涡流探伤）电涡流探伤）电涡流探伤）电涡流探伤 第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.5 6.3.5 6.3.5 6.3.5 电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器电涡流传感器电涡流传感器电涡流传感器第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.5 6.3.5 6.3.5 6.3.5 电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用 低频透射式涡流厚度传感器低频透射式涡流厚度传感器低频透射式涡流厚度传感器低频透射式涡流厚度传感器 第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.5 6.3.5 6.3.5 6.3.5 电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用 高频反射式涡流厚度传感器高频反射式涡流厚度传感器高频反射式涡流厚度传感器高频反射式涡流厚度传感器 第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.5 6.3.5 6.3.5 6.3.5 电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用 电涡流金属板、带材厚度测量第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.36.3电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器6.3.5 6.3.5 6.3.5 6.3.5 电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用 涡流非导电材料厚度测量 涡流轴心轨迹测量第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.36.3电涡流式传感电涡流式传感电涡流式传感电涡流式传感6.3.5 6.3.5 6.3.5 6.3.5 电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用 涡流转速测量 涡流振动测量第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器6.36.3电涡流式传感电涡流式传感电涡流式传感电涡流式传感6.3.5 6.3.5 6.3.5 6.3.5 电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器 本章要点：本章要点：变磁阻式传感器（自感式）工作原理、变磁阻式传感器（自感式）工作原理、变磁阻式传感器（自感式）工作原理、变磁阻式传感器（自感式）工作原理、测测测测 量电路（转换电路）；量电路（转换电路）；量电路（转换电路）；量电路（转换电路）；差动变压器式传感器（互感式）工作原理、差动变压器式传感器（互感式）工作原理、差动变压器式传感器（互感式）工作原理、差动变压器式传感器（互感式）工作原理、等效电路及测量电路；等效电路及测量电路；等效电路及测量电路；等效电路及测量电路；零点残余电压的影响和补偿；零点残余电压的影响和补偿；零点残余电压的影响和补偿；零点残余电压的影响和补偿；电涡流传感器的工作原理及应用电涡流传感器的工作原理及应用电涡流传感器的工作原理及应用电涡流传感器的工作原理及应用.第第6 6章章 电感式传感器电感式传感器 本章要点：本章要点：差动变压器做位移测量可得到比例于机械位移的交差动变压器做位移测量可得到比例于机械位移的交差动变压器做位移测量可得到比例于机械位移的交差动变压器做位移测量可得到比例于机械位移的交 流电压；流电压；流电压；流电压；关于磁场、磁通、磁性体；关于磁场、磁通、磁性体；关于磁场、磁通、磁性体；关于磁场、磁通、磁性体；差动变压器的应用例差动变压器的应用例差动变压器的应用例差动变压器的应用例差压传感器、位移传感器、差压传感器、位移传感器、差压传感器、位移传感器、差压传感器、位移传感器、流量传感器；流量传感器；流量传感器；流量传感器；电涡流传感器电涡流传感器电涡流传感器电涡流传感器:交流线圈接近金属物体时，金属物交流线圈接近金属物体时，金属物交流线圈接近金属物体时，金属物交流线圈接近金属物体时，金属物 上产生上产生上产生上产生“涡流涡流涡流涡流”，线圈越近，涡流越大；，线圈越近，涡流越大；，线圈越近，涡流越大；，线圈越近，涡流越大；电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电涡流