检测技术及传感器S08电容电感.pptx

M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电阻型检测元件电阻型检测元件l变变 l 型型 电位器电位器l变变 型型 热电阻、热敏电阻热电阻、热敏电阻l变变(l,A,)型型 应变片、压敏电阻应变片、压敏电阻第第部分部分基础知识基础知识第二章检测元件第二章检测元件与检测技术与检测技术电容型检测元件电容型检测元件电感型检测元件电感型检测元件M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。变化的一种传感器。l结构简单、高分辨力、可非接触测量，并能在高温、结构简单、高分辨力、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作。辐射和强烈振动等恶劣条件下工作。l随着集成电路技术和计算机技术的发展，促使它扬随着集成电路技术和计算机技术的发展，促使它扬长避短，成为一种很有发展前途的传感器。长避短，成为一种很有发展前途的传感器。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l导体的电容导体的电容l对孤立带电导体来说，它的电势对孤立带电导体来说，它的电势 U（孤立导体的电势）（孤立导体的电势）和所带的电量和所带的电量 q 的大小成正比；孤立带电导体所带的电的大小成正比；孤立带电导体所带的电量量 q 与其电势与其电势 U 比值称为导体的电容，即比值称为导体的电容，即 C=q/U。l对于同一个导体来说，它的电容是一个常量；它与导体对于同一个导体来说，它的电容是一个常量；它与导体本身的大小、形状有关；它与导体的材质、和它所带电本身的大小、形状有关；它与导体的材质、和它所带电量的多少、是否带电无关。量的多少、是否带电无关。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l导体的电容导体的电容l电容的单位称为法拉（简称法），符号为电容的单位称为法拉（简称法），符号为 F。l孤立导体的电势就是该导体与无穷远处的电势差；孤立孤立导体的电势就是该导体与无穷远处的电势差；孤立导体的电容可理解为该导体与无穷远处的极板所构成导体的电容可理解为该导体与无穷远处的极板所构成（就是以导体和地球所组成）的电容器的电容。（就是以导体和地球所组成）的电容器的电容。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l电容器的电容电容器的电容l通常电容器由两个金属极板和介于中间的介质所组成。通常电容器由两个金属极板和介于中间的介质所组成。l电容器的电容电容器的电容 C 定义：电容器一个极板所带电荷定义：电容器一个极板所带电荷 q（指（指绝对值）和两个极板的电势差绝对值）和两个极板的电势差 UA UB（不是某一极板（不是某一极板的电势）之比，即的电势）之比，即 C=q/(UA UB)。l电容器的电容是描述电容器本身电容性质的一个物理量。电容器的电容是描述电容器本身电容性质的一个物理量。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l平板电容器平板电容器l平板电容器由绝缘介质分开的平板电容器由绝缘介质分开的两个平行金属板组成。两个平行金属板组成。l 0 为为真空介电常数真空介电常数(8.8510-12Fm-1)+A M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l球形电容器球形电容器l当当 rB rA 时时rArB球形电容器球形电容器 M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l柱形电容器柱形电容器rBrAL柱形电容器柱形电容器M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l平行直导线形电容器平行直导线形电容器drBA平行直导线形电容器平行直导线形电容器M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l、r、A 某一项或某几项变化时，都会引起电容某一项或某几项变化时，都会引起电容 C 的变化。的变化。l这些量的变化可以间接反映线位移、角位移、压力、这些量的变化可以间接反映线位移、角位移、压力、加速度等物理量的变化。加速度等物理量的变化。l电容式传感器分为电容式传感器分为l变极距型变极距型 极板间距离为变化量极板间距离为变化量l变面积型变面积型 极板的有效面积为变化量极板的有效面积为变化量l变介质型变介质型 极板间介质的介电常数为变化量极板间介质的介电常数为变化量M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l变极距型变极距型l单组单组/差动差动l线位移线位移/角位移角位移 M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l变极距型变极距型l单组线位移单组线位移非线性特性，电容非线性特性，电容 C 与极距与极距 之间的函数为反比关系之间的函数为反比关系 0 C，0 C0 C C 0C0C=f()特性曲线特性曲线M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l变极距型变极距型l单组线位移单组线位移0 C/C0 /0变极距电容传感器的非线性特性变极距电容传感器的非线性特性12M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l变极距型变极距型l单组线位移单组线位移灵敏度与非线性误差灵敏度与非线性误差-0 越小，灵敏度越小，灵敏度 S 越高；越高；-0 的减小会导致非线性误差增大；的减小会导致非线性误差增大；-0 过小能引起电容器击穿或短路。过小能引起电容器击穿或短路。l防止电容器击穿，极板间采用高介电常数的材料（云母、防止电容器击穿，极板间采用高介电常数的材料（云母、塑料膜等）作介质，起绝缘作用。塑料膜等）作介质，起绝缘作用。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l变极距型变极距型l单组线位移单组线位移 0A 定极板定极板动极板动极板高介电常数高介电常数的材料的材料M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l变极距型变极距型l单组线位移单组线位移l差动线位移差动线位移-差动式比单极式灵敏度提高一倍；差动式比单极式灵敏度提高一倍；-非线性误差减小一个数量级；非线性误差减小一个数量级；-由于结构上的对称，它还可有效地补偿温度变化造成由于结构上的对称，它还可有效地补偿温度变化造成的误差。的误差。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术电容型检测元件电容型检测元件l变面积型变面积型l单组单组/差动差动l线位移平板型线位移平板型线位移圆柱型线位移圆柱型角位移平板型角位移平板型角位移圆柱型角位移圆柱型llllM&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l变面积型变面积型l单组单组/差动差动l线位移平板型线位移平板型线位移圆柱型线位移圆柱型角位移平板型角位移平板型角位移圆柱型角位移圆柱型 M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l变面积型变面积型l单组线位移单组线位移-线性输出特性，适于测量较大的直线位移和角位移；线性输出特性，适于测量较大的直线位移和角位移；-极距保持不变。为了减少极距的影响，可使用中间极极距保持不变。为了减少极距的影响，可使用中间极板移动式结构。板移动式结构。l中间极板移动式中间极板移动式变面积型电容传感器变面积型电容传感器l0M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l变介质型变介质型l单组单组/差动差动l平板型平板型圆柱型圆柱型llllM&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l变介质型变介质型l单组平板型单组平板型-电容的相对变化与介质电容的相对变化与介质2（被测介质）的移入深度成线（被测介质）的移入深度成线性关系；性关系；-可用来测量材料厚度、非导电固体物质的湿度、非导可用来测量材料厚度、非导电固体物质的湿度、非导电物料的物位。电物料的物位。l被测介质被测介质极极板板非导电材料物位非导电材料物位变介质型电容传感器变介质型电容传感器M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l变介质型变介质型M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l边缘效应边缘效应在电容极板的边缘存在电在电容极板的边缘存在电场，如果极板有一定的厚场，如果极板有一定的厚度，就会在极板的侧面上度，就会在极板的侧面上产生电荷的累积，即产生产生电荷的累积，即产生电容。电容。边缘效应给传感器的测量边缘效应给传感器的测量带来误差，使传感器的灵带来误差，使传感器的灵敏度降低，输出特性产生敏度降低，输出特性产生非线性。非线性。边缘电场边缘电场rM&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l边缘效应边缘效应消除边缘效应的方法消除边缘效应的方法l减小边缘的有效面积减小边缘的有效面积l采用等位环结构采用等位环结构等位环与上极板在同等位环与上极板在同一平面上并将其包围，一平面上并将其包围，且与下面电极电绝缘、且与下面电极电绝缘、等电位。这样，上下等电位。这样，上下两个极板的电场基本均匀，而发散的边缘电场发生在等两个极板的电场基本均匀，而发散的边缘电场发生在等位环外周，故不影响传感器两电极间的电场，从而克服位环外周，故不影响传感器两电极间的电场，从而克服边缘效应的影响。边缘效应的影响。下极板下极板上极板上极板边边缘缘电电场场均匀电场均匀电场等位环等位环带有等位环的平板电容传感器原理结构图带有等位环的平板电容传感器原理结构图M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l静电引力静电引力电容极板上累积正、负电荷，产生静电场，进而产电容极板上累积正、负电荷，产生静电场，进而产生静电引力。生静电引力。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术电容型检测元件电容型检测元件l寄生电容寄生电容电容极板引线间及引线电缆间所产生的电容，它与电容极板引线间及引线电缆间所产生的电容，它与传感器电容相并联。由于受结构尺寸等限制，电容传感器电容相并联。由于受结构尺寸等限制，电容式传感器电容量都很小（一般为几到几十式传感器电容量都很小（一般为几到几十 pF），），属于小功率、高阻抗器件；易受到外界干扰的、随属于小功率、高阻抗器件；易受到外界干扰的、随机性的电缆寄生电容大于它几倍、几十倍。机性的电缆寄生电容大于它几倍、几十倍。极板极板极板极板引线引线M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l寄生电容寄生电容消除寄生电容的常用方法消除寄生电容的常用方法l等电位屏蔽法等电位屏蔽法前置放大电路频域较窄、输出信号与输入信号有相位差，前置放大电路频域较窄、输出信号与输入信号有相位差，频率特性差。频率特性差。前置级前置级+_Cx外层屏蔽外层屏蔽内层屏蔽内层屏蔽等电位屏蔽法原理图等电位屏蔽法原理图M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l寄生电容寄生电容消除寄生电容的常用方法消除寄生电容的常用方法l等电位屏蔽法等电位屏蔽法l整体屏蔽法整体屏蔽法l组合集成技术组合集成技术Cp1Cp2Z3Z4C1C2U放大器M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l温度影响温度影响l温度对结构尺寸的影响温度对结构尺寸的影响l温度对电解质介质的影响温度对电解质介质的影响M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电容型检测元件电容型检测元件l应用应用l电容式传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅，电容式传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅，尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量。度等机械量。l变极距型适用较小位移的测量，量程在变极距型适用较小位移的测量，量程在 0.01 至几百微至几百微米，精度可达米，精度可达 0.01 m、分辨率可达、分辨率可达 0.001 m。l变面积型适用测量较大的位移，量程为零点几至数百毫变面积型适用测量较大的位移，量程为零点几至数百毫米，线性度误差小于米，线性度误差小于 0.5%，分辨率为，分辨率为 0.010.001 m。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电感型检测元件电感型检测元件l利用线圈电感（自感或互感）的变化实现测量非电利用线圈电感（自感或互感）的变化实现测量非电量的机电转换装置。量的机电转换装置。l核心部分是电感绕组（线圈）。核心部分是电感绕组（线圈）。l在测量时，一般利用磁场作为媒介或利用磁路磁阻在测量时，一般利用磁场作为媒介或利用磁路磁阻变化引起传感器线圈电感（自感或互感）变化的某变化引起传感器线圈电感（自感或互感）变化的某些现象，将被测量转换成可变自感或可变互感。些现象，将被测量转换成可变自感或可变互感。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电感型检测元件电感型检测元件l结构简单、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力结构简单、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、对工作环境要求不高、分辨率较高（如在测量强、对工作环境要求不高、分辨率较高（如在测量长度时一般可达长度时一般可达 0.1 m）、示值误差一般为示值）、示值误差一般为示值的的 0.1%-0.5%、稳定性好。、稳定性好。l工作频率低、不宜用于快速测量。工作频率低、不宜用于快速测量。l常用来检测位移、振动、力、应变、流量、比重等常用来检测位移、振动、力、应变、流量、比重等物理量；在计量技术、工业生产和科学研究领域应物理量；在计量技术、工业生产和科学研究领域应用广泛。用广泛。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电感型检测元件电感型检测元件l电感是导线内通过交流电流时，在导线的内部及其电感是导线内通过交流电流时，在导线的内部及其周围产生交变磁通，导线的磁通量与生产此磁通的周围产生交变磁通，导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。电流之比。l电感单位为亨利（简称亨），符号为电感单位为亨利（简称亨），符号为“H”。l检测元件分类检测元件分类l自感式传感器自感式传感器 电感原理电感原理l互感式传感器互感式传感器 电感原理电感原理l电涡流式传感电涡流式传感 电涡流原理电涡流原理M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l自感式检测元件自感式检测元件l线圈的电感线圈的电感 LlL 线圈电感线圈电感(H)，W 线圈匝数，线圈匝数，Rm 磁路磁阻；磁路磁阻；S 磁通磁通截面积截面积(m2)，l 磁路长度磁路长度(m)，e 磁路的等效相对磁导磁路的等效相对磁导率率(H/m)，0 真空磁导率，真空磁导率，0=4 10-7(H/m)。l电感电感 L是磁通面积是磁通面积 S 和磁路和磁路 l 的函数，即与的函数，即与 S 成正比、成正比、与与 l 成反比。成反比。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l自感式检测元件自感式检测元件l自感式传感器实质是一个自感式传感器实质是一个带气隙的铁心线圈。带气隙的铁心线圈。l按磁路几何参数变化形式按磁路几何参数变化形式l变气隙式变气隙式l变面积式变面积式l螺线管式螺线管式l按组成方式按组成方式l单一式单一式l差动式差动式线圈线圈衔铁衔铁铁心铁心线圈线圈衔铁衔铁M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l自感式检测元件自感式检测元件l变气隙式变气隙式l变气隙式传感器的气隙通常较小，可认为气隙磁变气隙式传感器的气隙通常较小，可认为气隙磁场是均匀的，则传感器的磁路总磁阻为场是均匀的，则传感器的磁路总磁阻为电感为电感为若保持若保持 S 不变，则电感不变，则电感 L 为为 l 的单值函数。的单值函数。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l自感式检测元件自感式检测元件l变气隙式变气隙式l衔铁的相对导磁率远大于衔铁的相对导磁率远大于 1 时，时，可得带气隙铁心可得带气隙铁心线圈的电感线圈的电感 L 为为变气隙式自感传感器的电感变气隙式自感传感器的电感 L 与气隙与气隙 l 的关系输的关系输出特性是非线性的。出特性是非线性的。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l自感式检测元件自感式检测元件l变气隙式变气隙式l变气隙式自感传感器的输出特性是非线性的。变气隙式自感传感器的输出特性是非线性的。l灵敏度随气隙的增加而减小；灵敏度随气隙的增加而减小；l在气隙量较小时，灵敏度较高；气隙较大时，则在气隙量较小时，灵敏度较高；气隙较大时，则相反。要增大灵敏度，传感器应工作在小气隙范相反。要增大灵敏度，传感器应工作在小气隙范围内。围内。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l自感式检测元件自感式检测元件l变面积式变面积式l变面积式自感传感器的气隙长度变面积式自感传感器的气隙长度 l 保持不变，磁保持不变，磁通面积通面积 S 随被测非电量变化。随被测非电量变化。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l自感式检测元件自感式检测元件l变面积式变面积式l变面积式自感传感器输出呈线性（忽略气隙磁通变面积式自感传感器输出呈线性（忽略气隙磁通边缘效应），线性范围较大；边缘效应），线性范围较大；l与变气隙式自感传感器相比，其灵敏度较低；与变气隙式自感传感器相比，其灵敏度较低；l要提高灵敏度，需减少要提高灵敏度，需减少 l 。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l自感式检测元件自感式检测元件l螺线管式螺线管式l螺管式自感传感器由螺管式自感传感器由线圈、衔铁和磁性套线圈、衔铁和磁性套筒等组成。随着衔铁筒等组成。随着衔铁进入线圈深度的不同进入线圈深度的不同将引起线圈磁路中磁将引起线圈磁路中磁阻的变化，从而使线阻的变化，从而使线圈中电感发生变化。圈中电感发生变化。线圈线圈衔铁衔铁螺管型螺管型磁磁性性套套筒筒lx xrlrM&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l自感式检测元件自感式检测元件l螺线管式螺线管式l螺管式自感传感器的电感量螺管式自感传感器的电感量lR 磁通作用半径，由衔铁半径与低端气隙大小而定。磁通作用半径，由衔铁半径与低端气隙大小而定。R=r(1+),为修正系数为修正系数；M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l自感式检测元件自感式检测元件l螺线管式螺线管式l由于气隙大，磁路磁阻大，故灵敏度较低，要提由于气隙大，磁路磁阻大，故灵敏度较低，要提高灵敏度，可提高高灵敏度，可提高 r/r 与与 l/l 的比值，增加匝数的比值，增加匝数;l从磁通分布看，衔铁在线圈中部位置工作时，传从磁通分布看，衔铁在线圈中部位置工作时，传感器灵敏度最高，并有较好的线性范围；感器灵敏度最高，并有较好的线性范围；l磁路大部分为空气，易受外磁场干扰；磁路大部分为空气，易受外磁场干扰；l结构简单、制造装配容易。结构简单、制造装配容易。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l自感式检测元件自感式检测元件l差动结构差动结构l由于线圈电流的存在，单组自感传感器的衔铁受由于线圈电流的存在，单组自感传感器的衔铁受单向电磁力作用，易受电源电压和频率的波动与单向电磁力作用，易受电源电压和频率的波动与温度变化等外界干扰的影响，以及非线性等因素温度变化等外界干扰的影响，以及非线性等因素的制约。的制约。l采用差动技术构成差动式自感传感器，改善性能。采用差动技术构成差动式自感传感器，改善性能。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l自感式检测元件自感式检测元件l差动结构差动结构线圈线圈线圈线圈线圈线圈线圈线圈衔铁衔铁铁铁心心或或磁磁性性套套筒筒变气隙式变气隙式铁铁心心或或磁磁性性套套筒筒铁铁心心或或磁磁性性套套筒筒 线圈线圈线圈线圈线圈线圈线圈线圈衔铁衔铁变面积式变面积式衔衔铁铁线线圈圈线线圈圈线线圈圈线线圈圈螺管式螺管式铁铁心心或或磁磁性性套套筒筒M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l自感式检测元件自感式检测元件l差动结构差动结构l差动式电感传感器的灵敏度比单线圈电感传感器差动式电感传感器的灵敏度比单线圈电感传感器提高一倍；提高一倍；l差动式电感传感器非线性失真小；差动式电感传感器非线性失真小；l衔铁受方向相反、大小相等的电磁力作用，结果衔铁受方向相反、大小相等的电磁力作用，结果电磁力的影响被抵消；电磁力的影响被抵消；l对电源电源电压与频率的波动及温度变化等外部对电源电源电压与频率的波动及温度变化等外部影响也有补偿作用。影响也有补偿作用。M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l互感式检测元件互感式检测元件l互感式传感器是一互感式传感器是一种线圈互感随衔铁种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻位移变化的变磁阻式传感器。其原理式传感器。其原理类似于变压器。类似于变压器。U 互感式传感器（差动变压器）的等效电路互感式传感器（差动变压器）的等效电路U0 R1R21R22E21E22L21L22L1M1M2IW11W21W2212 M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l互感式检测元件互感式检测元件l互感互感 Ml按磁路几何参数变化形式按磁路几何参数变化形式l变气隙式变气隙式l变面积式变面积式l螺线管式螺线管式M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电涡流式检测元件电涡流式检测元件l电涡流式传感器是利用电涡流式传感器是利用电涡流效应进行测量。电涡流效应进行测量。l形成电涡流的两个条件形成电涡流的两个条件l存在交变磁场存在交变磁场l导体处于交变磁场之中导体处于交变磁场之中U1.I1.H1H2I2.电涡流式传感器的基本原理示意图电涡流式传感器的基本原理示意图xM&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电涡流式检测元件电涡流式检测元件l电涡流式传感器电涡流式传感器电路等效处理电路等效处理l将被测导体上形成的电涡流等效为一个短路环；将被测导体上形成的电涡流等效为一个短路环；l激磁电路是一个激磁电路是一个 RL 电路；电路；l线圈与被测导体等效线圈与被测导体等效为相互偶合的两个线为相互偶合的两个线圈，线圈与短路环之圈，线圈与短路环之间的互感系数为间的互感系数为 M。U1I1I2R2R1L1L2M.电涡流式传感器等效电路电涡流式传感器等效电路M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电涡流式检测元件电涡流式检测元件l电涡流式传感器电涡流式传感器电路等效处理电路等效处理l线圈受被测金属导体（中涡流）影响后的等效阻线圈受被测金属导体（中涡流）影响后的等效阻抗抗 Z 为为M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电涡流式检测元件电涡流式检测元件l电涡流式传感器电涡流式传感器电路等效处理电路等效处理l L1 为线圈的电感，与磁效应有关为线圈的电感，与磁效应有关若被测导体为非磁性材料，电感若被测导体为非磁性材料，电感 L1 就是空心线圈就是空心线圈的电感；的电感；若被测导体为磁性材料，电感若被测导体为磁性材料，电感 L1 随线圈离导体距随线圈离导体距离离 x 的变化而变化。的变化而变化。xLM&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电涡流式检测元件电涡流式检测元件l电涡流式传感器电涡流式传感器电路等效处理电路等效处理l第二项与涡流效应有关第二项与涡流效应有关涡流引起的反磁场将使线圈等效电感涡流引起的反磁场将使线圈等效电感 L 减小；减小；线圈与导体距离线圈与导体距离 x 越小，第二项（电感）值越大，越小，第二项（电感）值越大，等效电感等效电感 L 减小的程度就越大（被测导体的涡流减小的程度就越大（被测导体的涡流效应越明显）。效应越明显）。x LM&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电涡流式检测元件电涡流式检测元件l电涡流式传感器电涡流式传感器电路等效处理电路等效处理l等效电阻等效电阻 R 总是比原有的电阻总是比原有的电阻 R1 来得大，这是因来得大，这是因为距离为距离 x 越小，涡流效应越大引起的涡流损耗、越小，涡流效应越大引起的涡流损耗、磁滞损耗越大，使线圈等效阻抗磁滞损耗越大，使线圈等效阻抗 R 增加。增加。x Rl金属导体材料的导电性，金属导体材料的导电性，将直接影响线圈等效阻将直接影响线圈等效阻抗抗 R 的大小的大小M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电涡流式检测元件电涡流式检测元件l电涡流式传感器的结构类型电涡流式传感器的结构类型l变间隙式变间隙式l变面积式变面积式l螺线管式螺线管式l低频透射式低频透射式M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电涡流式检测元件电涡流式检测元件l电涡流式传感器的结构类型电涡流式传感器的结构类型l变间隙式变间隙式变间隙式电涡流传感器结构简单，由一个扁平线变间隙式电涡流传感器结构简单，由一个扁平线圈固定在框架上构成。圈固定在框架上构成。骨架（聚四氟乙烯）骨架（聚四氟乙烯）线圈线圈引线孔引线孔被测对象被测对象变间隙式电涡流传感器变间隙式电涡流传感器结构原理图结构原理图M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电涡流式检测元件电涡流式检测元件l电涡流式传感器的结构类型电涡流式传感器的结构类型l变面积式变面积式变面积电涡流传感器是变面积电涡流传感器是利用被测导体与传感器利用被测导体与传感器线圈之间相对覆盖面积线圈之间相对覆盖面积的变化引起电涡流效应的变化引起电涡流效应的变化，来测量位移的。的变化，来测量位移的。x变面积式电涡流传感器变面积式电涡流传感器结构原理图结构原理图M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电涡流式检测元件电涡流式检测元件l电涡流式传感器的结构类型电涡流式传感器的结构类型l螺线管式螺线管式这种传感器由套筒和螺管线圈组成，套筒沿轴向这种传感器由套筒和螺管线圈组成，套筒沿轴向移动，与自感式传感器相似。移动，与自感式传感器相似。螺管式电涡流传感螺管式电涡流传感器结构原理图器结构原理图xM&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l电涡流式检测元件电涡流式检测元件l电涡流式传感器的结构类型电涡流式传感器的结构类型l低频透射式低频透射式低频透射式电涡流传感低频透射式电涡流传感器由发射线圈器由发射线圈 L1和接收和接收线圈线圈 L2组成，它们分别组成，它们分别位于被测金属板材的两位于被测金属板材的两侧。侧。理论分析和实验证明：理论分析和实验证明：U2与与 e-h/t成正比。成正比。被测金属导体被测金属导体L1L2U2U1.低频透射式电涡流传感低频透射式电涡流传感器结构原理图器结构原理图M&T,I 检测元件与检测技术检测元件与检测技术l小结小结l电容电容型检测元件型检测元件的原理的原理l平板电容、柱面电容、球面电容、平行导线电容平板电容、柱面电容、球面电容、平行导线电容l变极距型、变面积型、变介质型变极距型、变面积型、变介质型l电感型检测元件的原理电感型检测元件的原理l自感式传感器自感式传感器、互感式传感器、电涡流式传感、互感式传感器、电涡流式传感l变气隙式、变面积式、螺线管式、变气隙式、变面积式、螺线管式、低频透射式低频透射式