1、湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室第五章第五章 电感式传感器电感式传感器 本章的主要内容有：本章的主要内容有：1.自感式电感传感器的结构原理；自感式电感传感器的结构原理；2.差分变压器式传感器；差分变压器式传感器；3.电涡流式传感器；电涡流式传感器；4.电感传感器的主要应用；电感传感器的主要应用；湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室1.什么是电感？什么是电感？电感（电感（电感线圈电感线圈）是用绝缘导线（）是用绝缘导线（例如漆包线、纱包线等例如漆包线、纱包线等）绕制而成）绕制而成的电磁感应元件，也是电子电路中常用的元器件之
2、一。电感是用漆包的电磁感应元件，也是电子电路中常用的元器件之一。电感是用漆包线、纱包线或塑皮线等在绝缘骨架或磁心、铁心上绕制成的一组串联线、纱包线或塑皮线等在绝缘骨架或磁心、铁心上绕制成的一组串联的同轴线匝，它在电路中用字母的同轴线匝，它在电路中用字母“L”表示，主要作用是对交流信号进表示，主要作用是对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路。行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路。2.基本概念基本概念电感（电感（inductance of an ideal inductor）是闭合回路的一种属性。当线）是闭合回路的一种属性。当线圈通过电流后，在线圈中形成圈通过电流后，在线
3、圈中形成磁场磁场感应，感应磁场又会产生感应电流感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电的来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗，也就是电感，单位是感抗，也就是电感，单位是“亨利亨利（H）”湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室电感的主要特点：电感的主要特点：电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。当线圈通入非稳态电流时，周围就会产生变化的磁场。通入线圈的功率越大，激励出来的磁场强度越高，反之则小（磁感应强度达到饱和之前）。电感是闭合回路的一种属性，即当通过闭合回路的电流改变时，电感会出现
4、电动势来抵抗电流的改变。这种电感称为自感（self-inductance），是闭合回路自己本身的属性。假设一个闭合回路的电流改变，由于感应作用而产生电动势于另外一个闭合回路，这种电感称为互感（mutual inductance）湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室自感自感当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势（感生电动势）（电动势用以表示有源元件理想电源的端电压），这就是自感。互感互感两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响
5、就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室 电感式传感器电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，导致线圈电感量改变来实现测量的。分类分类:电感式传感器电感式传感器自感型自感型互感型互感型变面积型电传感器螺线管型电传感器变间隙型电传感器湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室自感式传感器基本工作原理演示自感式传感器基本工作原理演示湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理
6、工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室5.1 自感式电感传感器自感式电感传感器 自感式电感传感器有变间隙型、变面积型和螺管型三种。5.1.1 原理分析原理分析 5.1.1.1 变间隙型电感传感器变间隙型电感传感器 它的结构示意图如右图所示。工作时衔铁与被测物体连接，被测物体的位移将引起空气隙的变化，导致了线圈电感量的变化。线圈的电感可用下式表示：mRNL2湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室变间隙式传
7、感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变间变间隙式传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变间隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室线圈的电感值可近似地表示为 因此，其灵敏度随气隙的增大而减小。忽略磁路铁损，则磁路总磁阻为 AAlAlRm022112AAlAlNRNLm02211222202ANL 因此：湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室 铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变化面改变，导致线圈的电感量发生变化，这种形式称之为变面积
8、型电感传感器，见图4.1.2。L与是非线性的，但与A成正比，特性曲线参见图4.1.3。123L,AL=f(A)L=f()图4.1.3 电感传感器特性图4.1.2 变面积型电感传感器1-衔铁 2-铁芯 3-线圈可变导磁面积型可变导磁面积型5 5.1.1.2 .1.1.2 变截面积型电感传感器变截面积型电感传感器湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室变截面积式自感传感器的特点：测量范围大，非线性误差小，但灵敏度低5.1.1.3 螺管型电感式传感器螺管型电感式传感器下图为其结构原理图，衔铁随被测
9、物移动，引起磁阻发生变化，导致电感量改变。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室lrx2ra12图 4.1.4 螺 管 型 电 感 传 感 器1-线 圈 2-衔 铁线圈电感量与衔铁进入线圈的长度可表示为 通过以上分析可得结论:I.变间隙型灵敏度较高,但非线性误差较大，且制作装配比较困难；II.变面积型灵敏度较小,但线性较好,量程较大，使用比较广泛；III.螺管型灵敏度较低,但量程大且结构简单，易于制作和批量生产，常用于测量精度不高的场合。22222)1(4aamrllrlNL湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室 用两个相同的
10、传感线圈共用一个衔铁,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。下图是变间隙型、变面积型及螺管型三种类型的差动结构。l234a)b)l234l34c)图4.1.5 差动式电感传感器a)变间隙型 b)变面积型 c)螺管型1-线圈 2-铁芯 3-衔铁 4-导杆5.1.4 差动式（差分式）电感传感器差动式（差分式）电感传感器湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室差分式电感传感器的结构要求两个导磁体的几何尺寸和材料完全相同，两个线圈的电气参数和几何尺寸完全相同。差分式结构除了
11、可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等影响也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室5.1.5 测量转换电路测量转换电路 电感式传感器的主要策略电路是交流电桥，其作用是将线圈电感的变化转化为电桥电路的电压或电流输出。差动式结构可以提高灵敏度，改善线性，所以交流电桥大多采用双臂工作形式。下图是交流电桥的几种常用形式。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室当LR时，上式可近似为：可见交流电桥的输出电压与传感器线圈电感的相对变化量成正比。电阻平衡臂电桥如上图a所示，工作时，Z
12、1=Z+Z和Z2=ZZ，当ZL时，电桥的输出电压为 ZZUURZZZZRRZURRRUZZZU22)()(2.21211.211.2110.LLUU2.0.5.1.5.1 电阻平衡臂电桥电阻平衡臂电桥湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室由于Z1=Z-Z，Z2=Z+Z，故：同理，当衔铁上移时，则有：变压器式电桥如前图b，当负载阻抗无穷大时输出电压为：2112.221.20.222ZZZZUUZZZUUIZUZZUU2.0.ZZUU2.0.5 5.1.2.2 .1.2.2 变压器式电桥变压器式电桥可见，输出电压反映了传感器线圈阻抗的变化，还需辩向。湖州职业技术学
13、院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室 该电桥如前图c所示。它以差动电感传感器的两个线圈作电桥工作臂，而紧耦合的两个电感作为固定臂组成电桥电路。采用这种测量电路可以消除与电感臂并联的分布电容对输出信号的影响，使电桥平衡稳定，另外简化了接地和屏蔽的问题。5.1.2.3 紧耦合电感臂电桥紧耦合电感臂电桥湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室电感式接近开关（金属）电感式接近开关（金属）湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室5.2 差动变压器差
14、动变压器 1.1.工作原理工作原理:互感现象互感现象EwEoutWW1W2Esx-x差分变压式传感器又称互感式电感传感器。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室2.差动变压器式传感器构成 该类型的传感器主要包括有衔铁、一次绕组和二次绕组等。一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。由于在使用时采用两个二次绕组反向串接，以差动方式输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分
15、院自动化教研室对于差分变压器而言，当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组的互感相同。因而由一次激励引起的感应电动势相同。由于两个二次绕组反向串接，因而差分输出电压为零。在传感器的量程内，衔铁移动量越大，差分输出电压越大。同理，当衔铁向二次绕组一边移动时，则其输出电压反相。因此，通过输出就可以知道衔铁位移的大小和方向，并由此判断被测物体的移动方向和位移量大小。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室3.等效电路等效电路 L21E2L22E22E21U1R22R21R1M1M2等效电路如上图所示，输出采用差动结构，随着被测物的变化而改变。湖州职业技术学院理工分院自动化教
16、研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室 （3）当衔铁向二次绕组L22一边移动时输出也不为零，但由于移动方向改变，所以输出电动势反相。因此通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。（1）当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互感相同，所以差动输出电动势为零。（2）当衔铁移向二次绕组一边时，输出不为零，在量程内移越大，输出就越大。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室 4.4.差动变压器的输出特性曲线差动变压器的输出特性曲线如左图所示，其中E2的实线表示理想的输出特性，而虚线部分表示实际的输出特性。E0为零点残余电动势。零点残余使得传感器的
17、输出特性在零点附近不灵敏，给测量带来误差，它的大小是衡量差动变压器性能好坏的重要指标。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室减小零点残余的方法：减小零点残余的方法：I.尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数玫磁路的对称。磁性材料要经过处理，消除内部的残余应力，使其性能均匀稳定。II.选用合适的测量电路，如采用相敏整流电路。既可判别衔铁移动方向双可改善输出特性，减小零点残余电动势。.采用补偿线路减小零点残余电动势在差动变压器二次侧串、并联适当数值的电阻电容元件，当调整这些元件时，可使零点残余电动势减小。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院
18、自动化教研室5.2.2 常用测量电路常用测量电路 湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室差分变压器随衔铁的位移可输出一个调幅波，用电压表来测量存在以下问题：（1）总有零位电压输出，因而零位附近的小位移量的测量比较困难。（2）交流电压表无法判断衔铁的移动方向因此，需采用必要的测量电路加以解决。目前常用的测量电路有相敏检波电路、差分整流电路和直流差分变压器电路。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室 差动整流电路结构简单，是常用的电路形式，它对两个二次绕组的感
19、应电动势分别整流，然后再把两个整流后的电压或电流合成输出。一般不需要调整相位，不考虑零点残余电动势的影响，适于远距离传输。5.2.2.1 差动相敏检波电路差动相敏检波电路 相敏检波电路要求比较电压与差动变压器二次侧输出电压的频率相同，相位相同或相反。为了保证这一点，通常在电路中接入移相电路。另外，由于比较电压在检波电路中起开关作用，还要求比较电压的幅值尽可能大，一般情况下，其幅值应为信号电压的35倍。5.2.2.2 差动整流电路差动整流电路湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室5.2.3 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用 1.测量位移测量位移湖
20、州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室例：例：板厚的测量板厚的测量 湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室2.测量力或压力测量力或压力例：例：张力测量张力测量湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室经相敏检波和差分整流输出的信号，还需要经过低通滤波电路，把调制的高频载波滤除，检出与衔铁位移相对应的有用信号。3.直流差分变压器电路直流差分变压器的工作原理和一般差分变压器相同，差别仅在于仪器所用的电流是直流电源（如干电池、蓄电池等）直流差分变压器由直流电源、多谢振荡器、差分整流电路和滤波器组成。多谢振
21、荡器提供高频激励电源，它可以产生正弦波、三角波或方波等电路。直流差分变压器一般用于差分变压器与控制室相距较远（大于100米）、设备之间不产生干扰、便于携带测量的场合。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室5.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 它能实现非接触测量，如位移、振动、厚度、转速、应力、硬度等参数。这种传感器还可用于无损探伤。原理如下图示。这是一种建立在这是一种建立在涡流效应涡流效应原理上的传感器原理上的传感器。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室电涡流式传感器结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干扰能力强，
22、特别是有非接触的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域得到了广泛应用。涡流效应涡流效应涡流效应指的是法拉第电磁感应定律，当块状导体置于交变磁场或在固定磁场中运动时，导体内产生感应电流，此电流在导体内闭合。电磁炉采用了磁场感应涡流加热原理，它利用交变电流通过线圈产生交变磁场，当磁场内的磁感线传到含铁质锅的底部时，即会产生无数强大的小涡流，使锅本身自行迅速发热，然后再加热锅内的食物。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合电路，闭合电路中的磁通
23、量在不断发生改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象涡流现象。导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大。涡流效应涡流效应导体内部的涡流也会产生热量，如果导体的电阻率小，则产生的涡流很强，产生的热量就很大。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室无损探伤无损探伤 探测金属材料或部件内部的裂纹或缺陷。常用的探伤方法有:X光射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤、射线探伤等方法。物理探伤就是不产生化学变化的情况下进行无损
24、探伤。无损探伤检测是利用物质的声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷大小，位置，性质和数量等信息。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室 它与破坏性检测相比，无损检测有以下特点。第一是具有非破坏性，因为它在做检测时不会损害被检测对象的使用性能;第二具有全面性，由于检测是非破坏性，因此必要时可对被检测对象进行100%的全面检测，这是破坏性检测办不到的;第三具有全程性，破坏性检测一般只适用于对原材料进行检测，如机械工程中普遍采用的拉伸、压缩、弯曲等，破坏性检验都是针对制造用原材料进行的，对于
25、成品和在用品，除非不准备让其继续服役，否则是不能进行破坏性检测的，而无损检测因不损坏被检测对象的使用性能。所以，它不仅可对制造用原材料，各中间工艺环节、直至最终产成品进行全程检测，也可对服役中的设备进行检测。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室主要应用范围：主要应用范围：1、焊缝表面缺陷检查。检查焊缝表面裂纹、未焊透及焊漏等焊接质量。2、内腔检查。检查表面裂纹、起皮、拉线、划痕、凹坑、凸起、斑点、腐蚀等缺陷。3、状态检查。当某些产品(如蜗轮泵、发动机等)工作后，按技术要求规定的项目进行内窥检测。4、装配检查。当有要求和需要时，使用亚泰光电工业视频内窥镜对装配
26、质量进行检查;装配或某一工序完成后，检查各零部组件装配位置是否符合图样或技术条件的要求;是否存在装配缺陷。5、多余物检查。检查产品内腔残余内屑，外来物等多余物。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室5.3.1 结构原理与特性结构原理与特性 如下图，当通过金属体的磁通变化时，就会在导如下图，当通过金属体的磁通变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓这就是所谓电涡流电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物能量，从
27、而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为理现象称为涡流效应涡流效应。线圈的阻抗变化与导体线圈的阻抗变化与导体的电导率、磁导率、几何的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素被测导体间的距离等因素有关。有关。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室MR1R2L2L1U1I1I2 线圈与金属导体系统的阻抗、电感都是该系统互线圈与金属导体系统的阻抗、电感都是该系统互感平方的函数。而互感是随线圈与金属导体间距离的感平方的函数。而互感是随线圈与金属导体间距离的变化而改变的变化
28、而改变的。其等效电路如上图所示，其等效电路如上图所示，R1、L1为传感器线圈的为传感器线圈的电阻和电感。短路环可以认为是一匝短路线圈，其电电阻和电感。短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为阻为R2、电感为电感为L2。线圈与导体间存在一个互感线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的减小而增大。它随线圈与导体间距的减小而增大。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室5.3.1.1 高频反射式电涡流传传感器高频反射式电涡流传传感器 1 1、结构：由一个固定在框架上的扁平线圈、结构：由一个固定在框架上的扁平线圈组成。组成。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州
29、职业技术学院理工分院自动化教研室 为了充分有效地利用电涡流效应，对于平板为了充分有效地利用电涡流效应，对于平板型的被测体则要求被测体的半径应大于线圈半径型的被测体则要求被测体的半径应大于线圈半径的的1.81.8倍，否则灵敏度要降低。当被测物体是圆倍，否则灵敏度要降低。当被测物体是圆柱体时，被测导体直径必须为线圈直径的柱体时，被测导体直径必须为线圈直径的3.53.5倍倍以上，灵敏度才不受影响。以上，灵敏度才不受影响。2、原理、原理 电涡流传感器的线圈与被测金属导体间是磁电涡流传感器的线圈与被测金属导体间是磁性耦合，电涡流传感器是利用这种耦合程度的变性耦合，电涡流传感器是利用这种耦合程度的变化来进
30、行测量的。因此，被测物体的物理性质，化来进行测量的。因此，被测物体的物理性质，以及它的尺寸和开关都与总的测量装置特性有关。以及它的尺寸和开关都与总的测量装置特性有关。一般来说，被测物的电导率越高，传感器的灵敏一般来说，被测物的电导率越高，传感器的灵敏度也越高。度也越高。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室1.结构结构 传感器包括发射和传感器包括发射和接收线圈，并分别位于接收线圈，并分别位于被测材料上、下方。被测材料上、下方。5.3.1.2 低频透射式电涡流传感器低频透射式电涡流传感器 这种传感器采用低频激励，因而有较大的贯穿这种传感器采用低频激励，因而有较大
31、的贯穿深度，适合于测量金属材料的厚度。深度，适合于测量金属材料的厚度。2.原理原理 由振荡器产生的由振荡器产生的e1加到发射线圈加到发射线圈L1两端。两端。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室 若两线圈间无金属导体，则若两线圈间无金属导体，则L2的磁力能较多的磁力能较多穿过穿过L2，在在L2上产生的感应电压上产生的感应电压e2最大。最大。如果在两个线圈之间设置一金属板，由于在金如果在两个线圈之间设置一金属板，由于在金属板内产生电涡流，该电涡流消耗了部分能量，使属板内产生电涡流，该电涡流消耗了部分能量，使到达线圈到达线圈L2的磁力线减小，从而引起的磁力线减小，
32、从而引起e2的下降。的下降。线圈线圈L2的感应电压与被测厚度的增大按负幂指的感应电压与被测厚度的增大按负幂指数的规律减小，数的规律减小，为了较好地进行厚度测量，激励为了较好地进行厚度测量，激励频率应选得较低。频率太高，贯穿深度小于被测频率应选得较低。频率太高，贯穿深度小于被测厚度，不利进行厚度测量，通常选厚度，不利进行厚度测量，通常选1kHz左右。左右。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室 一般地，测薄金属板时，频率应略高些，测厚一般地，测薄金属板时，频率应略高些，测厚金属板时，频率应低些。如下图在测量金属板时，频率应低些。如下图在测量较小的较小的材料时，应
33、选较低的频率（如材料时，应选较低的频率（如500500HzHz），），测量测量较较大的材料，则应选用较高的频率（如大的材料，则应选用较高的频率（如2 2kHzkHz），），从从而保证在测量不同材料时能得到较好的线性和灵而保证在测量不同材料时能得到较好的线性和灵敏度。敏度。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室5 5.3.2 .3.2 测量电路测量电路 5.3.2.1 电桥电路电桥电路 电桥法是将传感器线圈的阻抗变化转化为电压或电流的变化。传感器线圈的阻抗作为电桥的桥臂，起始状态，使电桥平衡。在进行测量时，由于传感器线圈的阻抗发生变化，使电桥失去平衡，将电桥不平
34、衡造成的输出信号进行放大并检波，就可得到与被测量成正比的输出。电桥法主要用于两个电涡流线圈组成的差动式传感器。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室5.3.2.2 谐振法。谐振法。谐振法是将传感器线圈的等效电感的变化转化为电压或电流的变化，传感器线圈与电容并联组成LC并联谐振回路。谐振法主要有调幅式电路和调频式电路两种基本形式。调幅式由于采用了石英晶体振荡器，因此稳定性较高，而调频式结构简单，便于遥测和数字显示。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职
35、业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室5.4 电感式传感器的典型应用电感式传感器的典型应用 可用于测量压力、力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位等物理量。5.4.1 位移测量位移测量 湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室案例：连续油管的椭圆度测量案例：连续油管的椭圆度测量Coiled TubeEddy Sen
36、sor Reference Circle湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室案例：无损探伤案例：无损探伤原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室5.4.2 振动检测振动检测 5.4.2.1 RS9300低频振动速度传感器低频振动速度传感器 其外形如右图，它是利用磁电感应原理把振动信号变换成电信号。主要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼等部分组成。在传感器壳体中刚性地固定着磁铁，惯性质量（线圈组件）用弹簧元件悬挂于壳体上。工作时，
37、将传感器安装在机器上，在机器振动时，线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，产生感应电压，该信号正比于被测物体的振动速度值，对该信号进行积分放大处理即可得到位移信号。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室 1）特点：）特点：I.传感器有很低的使用频率，可以适用于低转速的转动机器。II.相对于其它类型的振动传感器而言，RS9300传感器有较低的输出阻抗，较好的信噪比。它同一般通用交流电压表或示波器配合就能工作。对输出插头和传输电缆也无特殊要求，使用方便。III.传感器设计中取消了有摩擦的活动元件，因此使用寿命相对很长。传感器有一定抗横向振动能力（不大于10g）。湖州职业
38、技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室2）技术指标技术指标 I.频响范围：0.5Hz200Hz(-3dB)II.灵敏度：8mV/m5%、5mV/m5%、4mV/m5%(或根据用户要求调整)III.量程：1mm（2mm、3mm 等）IV.线性度：2%V.最大输出电压：8V（单峰）VI.使用温度范围，-30-80 VII.工作方向：H 水平型 V 垂直型 VIII.工作电源：12VDC .安装方式：在56的圆周角上用2个M5螺钉固定 湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室3）型号说明）型号说明A B C D E RS93-RS：厂标A：9
39、3 螺纹壳体探头代号选择B：无螺纹长选择公制螺纹探头最小无螺纹长2mm 0 2 最大无螺纹长250mm 2 5 0 加长递增量1mm 0 1 英制螺纹探头最小无螺纹长0.1inches 0 1 最大无螺纹长9.9inches 9 9加长递增量0.1inches 0 1湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业
40、技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室结束语结束语 本章主要学习了电感传器的结构原理及其工业应用，同学们要注意区分自感式、差动式和涡流式的区别，学会根据不同的原理以及场合合理选用这些传感器。湖州职业技术学院理工分院自动化教研室湖州职业技术学院理工分院自动化教研室思考题思考题 1.影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？2.电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？3.试说明图4.2.5所示的差动相敏检波电路的工作原理。
