1、传感器与检测技术传感器与检测技术_电感式电感式传感器传感器F F线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁43 32 21 13 31 14 41 12 23 344衔铁衔铁R1R2L2L1ZCLRcReL/mH/mmB B点电位为点电位为初始位置初始位置 衔铁下移衔铁下移 衔铁上移衔铁上移 4.3 4.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 4.3.1 4.3.1 电涡流式传感器的基本原理电涡流式传感器的基本原理 涡流式传感器是利用金属导体在交流磁场中的涡流式传感器是利用金属导体在交流磁场中的电电涡流效应涡流效应。若一金属板置于一只线圈的附近，它。若一金属板置于一只线圈的附近，它们之间相互的
2、间距为们之间相互的间距为，当线圈输入一交变电流，当线圈输入一交变电流i 时，便产生交变磁通量时，便产生交变磁通量，金属板在此交变磁场，金属板在此交变磁场中会产生感应电流中会产生感应电流i1 1，i1 1在金属体内是闭合的，在金属体内是闭合的，所以称之为所以称之为电涡流或涡流电涡流或涡流。涡流的大小与金属板涡流的大小与金属板的电阻率的电阻率、磁导率、磁导率、厚度、厚度h、金属板与线圈的、金属板与线圈的距离距离、激励电流角频率、激励电流角频率等参数有关等参数有关。若固定。若固定某些参数，就可根据涡流的变化测量另一个参数。某些参数，就可根据涡流的变化测量另一个参数。图图4-19 4-19 电涡流传感
3、器等效电路电涡流传感器等效电路MMR RL L1 1L LR R1 1高频高频(lMHz)(lMHz)激励电流产生的高频磁场作用于金属板的激励电流产生的高频磁场作用于金属板的表面，由于集肤效应，在金属板表面将形成涡电流。表面，由于集肤效应，在金属板表面将形成涡电流。与此同时，该涡流产生的交变磁场又反作用于线圈，与此同时，该涡流产生的交变磁场又反作用于线圈，引起线圈自感引起线圈自感L L或阻抗或阻抗Z ZL L的变化。线圈自感的变化。线圈自感L L或阻抗或阻抗Z ZL L的变化与距离该金属板的电阻率的变化与距离该金属板的电阻率、磁导率、磁导率、激励电、激励电流流i i及角频率及角频率 等有关，若
4、只改变距离等有关，若只改变距离 而保持其它参数而保持其它参数不变，则可将不变，则可将位移位移的变化转换为线圈的变化转换为线圈自感自感的变化，通的变化，通过测量电路转换为电压输出。过测量电路转换为电压输出。高频反射式涡流传感器多用于位移测量。高频反射式涡流传感器多用于位移测量。由安置在框架上的扁平圆形线圈构成。此线圈由安置在框架上的扁平圆形线圈构成。此线圈可粘贴于框架上，或在框架上开一槽，将导线绕可粘贴于框架上，或在框架上开一槽，将导线绕在槽内。下图为在槽内。下图为CZF1CZF1型涡流传感器的结构原理，型涡流传感器的结构原理，它是将导线绕在聚四氟乙烯框架窄槽内。它是将导线绕在聚四氟乙烯框架窄槽
5、内。1234561 1 线圈线圈 2 2 框架框架 3 3 衬套衬套4 4 支架支架 5 5 电缆电缆 6 6 插头插头iedMe电涡流传感器原理图电涡流传感器原理图高频激励信号使线圈产生一个高频交变磁场高频激励信号使线圈产生一个高频交变磁场 i i，当被测导体靠近时，在磁场作用范围的导体表层当被测导体靠近时，在磁场作用范围的导体表层产生电涡流产生电涡流i ie e，而电涡流又将产生一交变磁场，而电涡流又将产生一交变磁场 e e阻碍外磁场的变化。在被测导体内存在着电涡流阻碍外磁场的变化。在被测导体内存在着电涡流损耗（损耗（当频率较高时，忽略磁损耗当频率较高时，忽略磁损耗）。能量损耗）。能量损耗
6、使传感器的使传感器的QQ值和等效阻抗值和等效阻抗Z Z降低，因此当被测降低，因此当被测体与传感器间的距离体与传感器间的距离d d改变时，传感器的改变时，传感器的QQ值和值和等效阻抗等效阻抗Z Z、电感、电感L L均发生变化，于是把位移量转均发生变化，于是把位移量转换成电量。这便是电涡流传感器的基本原理。换成电量。这便是电涡流传感器的基本原理。发射线圈发射线圈L L1 1和和接收线圈接收线圈L L2 2分置于被测金属板的分置于被测金属板的上下方。由于低频磁场集肤效应小，渗透深，上下方。由于低频磁场集肤效应小，渗透深，当低频当低频(音频范围音频范围)电压电压u u1 1加到线圈加到线圈L L1 1
7、的两端后，的两端后，所产生磁力线的一部分透过金属板所产生磁力线的一部分透过金属板,使线圈使线圈L L2 2产产生感应电动势生感应电动势u u2 2。但由于涡流消耗部分磁场能。但由于涡流消耗部分磁场能量，使感应电动势量，使感应电动势u u2 2减少，当金属板越厚时，减少，当金属板越厚时，损耗的能量越大，输出电动势损耗的能量越大，输出电动势u u2 2越小。因此，越小。因此，u u2 2的大小与金属板的厚度及材料的性质有关的大小与金属板的厚度及材料的性质有关.试试验表明验表明u u2 2随材料厚度随材料厚度h h的增加按负指数规律减少的增加按负指数规律减少,因此，若金属板材料的性质一定，则利用因此
8、，若金属板材料的性质一定，则利用u u2 2的的变化即可测厚度。变化即可测厚度。U U0 0图图4-22 4-22 交流电桥测量电路交流电桥测量电路L L1 1振荡器振荡器R R1 1R R2 2C C2 2 C C1 1L L2 2图图4-23 4-23 调幅式测量电路原理框图调幅式测量电路原理框图晶体振荡器晶体振荡器L LC C输输出出放放大大检检波波滤滤波波R R图图4-25 4-25 加速度传感器加速度传感器1 1 悬臂梁；悬臂梁；2 2 差动变压器；差动变压器；3 3 衔铁衔铁1 12 2a3 3探头探头测量测量电桥电桥交流交流放大放大相敏相敏检波检波指示器指示器振荡器振荡器图图4-26 4-26 微压传感器微压传感器1 1 接头；接头；2 2 膜盒；膜盒；3 3 底座；底座；4 4 线路板；线路板；5 5 差动变压器；差动变压器；6 6 衔铁；衔铁；7 7 罩壳罩壳1 12 23 34 45 56 67 7
