电感式传感器(3)

nullnull§3.3 电感式传感器 本节介绍： 单线圈变隙式和差动变隙式自感传感器的结构、工作原理、测量范围、灵敏度和线性度之间的关系； 电感式传感器测量电路及其工作原理； 差动变压器式传感器定义及其结构种类、工作原理、输出特性； 螺线管式差动变压器传感器的结构、工作原理、改善线性度的方法。null 利用电磁感应的原理将被测非电量转换为线圈的自 感系数L或互感系数M变化的装置。概念：分类：一、 自感式传感器 1、 结构 基本结构见图，由线圈、铁芯和衔铁三部分构成，铁芯与衔铁间有厚度为δ的气隙。§3.3 电感式传感器 电感式传感器自感型互感型可变磁阻型涡流式2、 基本工作原理 2、 基本工作原理 线圈电感量为：N—线圈圈数； Rm—磁路总磁阻。 不考虑铁损且δ较小时，由于故于是因此，改变δ及S0均可改变电感量L 。§3.3 电感式传感器 3、 分类 一、 自感式传感器 §3.3 电感式传感器 3、 分类 （1） 气隙间隙变化型3、 分类 3、 分类 工作原理：活动衔铁与被测物相连，并与铁心保持一定距离δ。当被测物移动时，气隙δ发生变化，引起磁阻变化，从而使线圈的电感值发生变化。（1） 气隙间隙变化型组成：主要由线圈、铁心和活动衔铁。★气隙厚度变化型自感传感器 §3.3 电感式传感器 一、 自感式传感器 nullnull（1） 气隙间隙变化型★ 气隙厚度变化型差动型传感器 结构：见图一、 自感式传感器 §3.3 电感式传感器 null(b) 电路接线图差动式电感传感器 (a) 结构原理图nullnull（2）气隙面积变化型（2）气隙面积变化型如图所示为气隙面积变化型自感传感器。 当固定x，改变气隙导磁面积S0，自感L与S0成线性关系。（2）气隙面积变化型（2）气隙面积变化型一、 自感式传感器 §3.3 电感式传感器 （2）气隙面积变化型（2）气隙面积变化型如图所示为气隙面积变化型自感传感器。 当固定x，改变气隙导磁面积S0，自感L与S0成线性关系。（3） 螺管式自感传感器工作原理：螺管型自感式传感器是在螺管线圈中插人一个活动衔铁，活动衔铁在线圈中运动时，磁阻发生变化，从而使自感L变化。相似于气隙面积变化型。结构：常采用差动的结构。（2）气隙面积变化型（2）气隙面积变化型如图所示为气隙面积变化型自感传感器。 当固定x，改变气隙导磁面积S0，自感L与S0成线性关系。（3） 螺管式自感传感器工作原理：螺管型自感式传感器是在螺管线圈中插人一个活动衔铁，活动衔铁在线圈中运动时，磁阻发生变化，从而使自感L变化。相似于气隙面积变化型。结构：常采用差动的结构。4、 测量电路 一般为交流电桥。null二、 互感型变压器式电感传感器 二、 互感型变压器式电感传感器 1、作用：将非电量变化转换为线圈互感M的变化。2、两种类型：常见有螺管型及气隙型两种。3、结构：螺管式差动变压器结构。在带铁芯的螺管上绕有一个初级线圈、两个次级线圈，初级线圈处于两次级线圈中心位置，铁芯可在螺管中移动。等效电路如图。 §3.3 电感式传感器 null二、 互感型变压器式电感传感器 二、 互感型变压器式电感传感器 §3.3 电感式传感器 1、 结构及工作原理 1、 结构及工作原理 由等效电路：（1）当衔铁中心位置（零位）时（2）当铁芯向上（3）当铁芯向下讨论：二、 互感型变压器式电感传感器 §3.3 电感式传感器 说明：说明：（1）实际上，当铁心位于中间位置时，差动变压器输出电压并不等于零，把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压。（2）零点残余电压产生的原因主要是传感器在制作时两个次级线圈的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等问题引起的，零点残余电压一般在几十毫伏以下。（3）在实际应用时，应设法减小零点残余电压，否则将会影响传感器的测量结果。 2、 测量电路 2、 测量电路 （1） 差动整流电路电路作用：差动整流电路就是把差动变压器的两个次级线圈的感应电动势分别整流，然后将整流后的两个电压或电流的差值作为输出。元件作用：电位器为零位平衡调整，运放为差动放大器。如下列图示。 2、 测量电路 差动变压器测量电路§3.3 电感式传感器 2、 测量电路 （1） 差动整流电路2、 测量电路 差动变压器位移传感器§3.3 电感式传感器 2、 测量电路 （1） 差动整流电路（2） 相敏检波电路 （2） 相敏检波电路 全波检波工作原理：高频振荡信号经过差动变压器后，变为受衔铁移动信号调制的平衡调幅信号，相敏检波实际为二极管同步检波器，输入的同频同相高频信号幅值应足够大，使二极管工作于开关状态。 2、 测量电路 三、 电感传感器的应用 三、 电感传感器的应用 结构：差动变压器铁心和浮子相连。 给电感传感器配用不同的敏感元件，可以测量位移、压力、振动等多种参量。应用的较为普遍的是差动变压器式传感器。液位测量工作原理：（2）当液位增加或降低时，铁心上移或下移，其输出电压经交流放大、相敏检波及相关测量电路处理后，得到液面的高度值。（1）当液位不变时，铁心处于中间位置，无输出电压；nullnullnullnullnullnullnullnull案例：板的厚度测量null案例：张力测量null教学用低成本四线制无二次仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 传感器null电感式接近传感器（金属）null电感式传感器的优缺点       电感式传感器的主要优点是：       (1) 结构简单，可靠；       (2) 灵敏度高，最高分辨力达0.1μm ；       (3) 测量精确度高，输出线性度可达±0.1% ；       (4) 输出功率较大，在某些情况下可不经放大，直接接二次仪表。       其缺点是：       (1) 传感器本身的频率响应不高，不适于快速动态测量；       (2) 对激磁电源的频率和幅度的稳定度 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 较高;       (3) 传感器分辨力与测量范围有关，测量范围大，分辨力低，反之则高。null本节要求： 了解电涡流式传感器的类别； 掌握电涡流式传感器的基本结构、工作原理及其工作特性。§3.4 电涡流式传感器 null§3.4 电涡流式传感器 null一、 基本工作原理 1、 涡流的基本概念（1）定义：当通有高频电流的线圈靠近金属体时，高频磁场则会在金属体内感生出闭合电流，此感生电流称作涡流。§3.4 电涡流式传感器 null一、 基本工作原理 1、 涡流的基本概念（1）定义：当通有高频电流的线圈靠近金属体时，高频磁场则会在金属体内感生出闭合电流，此感生电流称作涡流。§3.4 电涡流式传感器 null一、 基本工作原理 1、 涡流的基本概念（1）定义：当通有高频电流的线圈靠近金属体时，高频磁场则会在金属体内感生出闭合电流，此感生电流称作涡流。§3.4 电涡流式传感器 null一、 基本工作原理 （2）影响：由于涡流的损耗作用，将使线圈的等效电阻增加，Q值下降，等效电感量减小。 1、 涡流的基本概念（1）定义：当通有高频电流的线圈靠近金属体时，高频磁场则会在金属体内感生出闭合电流，此感生电流称作涡流。§3.4 电涡流式传感器 null一、 基本工作原理 （1）定义：根据电涡流效应制成的传感器叫做电涡流传感器。2、 电涡流传感器的基本内容（2）结构特点：该传感器具有结构简单、体积小、灵敏度高、测量线性范围大（频率响应宽）、抗干扰能力强、不受油污等介质的影响、可以进行无接触测量等优点。§3.4 电涡流式传感器 2、 电涡流传感器的基本内容2、 电涡流传感器的基本内容（2）分类：高频反射式和低频透射式两类。 （1）使用范围：用于测量位移、厚度、速度、表面温度、应力、材料损伤等。（按电涡流在导体中的贯穿情况）2、 电涡流传感器的基本内容2、 电涡流传感器的基本内容（2）分类：高频反射式和低频透射式两类。 （1）使用范围：用于测量位移、厚度、速度、表面温度、应力、材料损伤等。（3）工作原理：（按电涡流在导体中的贯穿情况） 其作用相似于互感，可等效为一互感电路，次级回路为金属。 设线圈回路自阻抗： 由互感知识知，初级回路阻抗： （3）工作原理：式中：M——金属与线圈间等效互感R2——金属内等效电流电阻L—— 金属涡流等效电感。 由于M、L2与线圈尺寸、励磁电流频率f、线圈与金属距离x、相对导磁率μ有关， R2与金属电阻率ρ有关。因此可写成：若其它参数恒定，只改变距离x，则： （3）工作原理：§3.4 电涡流式传感器 二、高频反射式电涡流传感器的基本结构 二、高频反射式电涡流传感器的基本结构 结构：主要由线圈和框架组成。线圈安置在框架上，线圈可以绕成一个扁平的圆形粘贴在框架上，也可以在框架上开一个槽，导线绕制在槽内形成一个线圈。结构特点：电涡流式传感器的主体是激磁线圈。由此：线圈的性能和几何尺寸、形状对整个测量系统的性能将产生重要的影响。线圈的选择：一般情况下，线圈的导线采用高强度漆包线；要求较高的场合，可以用银或银合金线；在较高温度条件下，需要用高温漆包线。 图为CZF1型电涡流传感器，就是采用聚氟乙烯材料的框架，然后将导线绕在框架上形成的。二、高频反射式电涡流传感器的基本结构 二、高频反射式电涡流传感器的基本结构 电涡流传感器是利用线圈与被测导体之间的电磁耦合进行工作的，因而被测导体作为“实际传感器”的一部分，其材料的物理性质，尺寸与形状都与传感器特性密切相关。 (1)被测导体的电导率、磁导率对传感器的影响： 一般说来，被测体的电导率越高，灵敏度也越高；磁导率则相反，被测体的磁导率越高，灵敏度越低，而且被测导体有剩磁，将影响测量结果，应予消磁。 (2)被测导体表面镀层对测量精度的影响： 若镀层性质和厚度不均匀，在测量转动或移动的被测物体时，这种不均匀将形成干扰信号，影响测量精度，尤其是激励频率较高时，电涡流的贯穿深度减小，这种干扰影响更大。§3.4 电涡流式传感器 二、高频反射式电涡流传感器的基本结构 二、高频反射式电涡流传感器的基本结构 （3）被测导体形状对测量精度的影响： 若被测物体为平面，在涡流环的直径为线圈直径的1.8 倍处，电涡流的密度衰减为最大值的5%，因而希望被测物体的直径不小于线圈直径的1.8倍。 当被测物体的直径为线圈直径的一半时，灵敏度将减小一半，更小时，灵敏度则显著下降。 当被测体为圆柱体时，当它的直径D为传感器线圈直径的3.5倍以上时，不影响测量精度，二者相等时，灵敏度降低至70%。 被测物体的厚度一般应大于0.2mm，才不影响测量结果，当然厚度的选择也应与激励频率有关。§3.4 电涡流式传感器 null 为了克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响, 在带材的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器S1、S2 。 S1、 S2与被测带材表面之间的距离分别为x1和x2。高频反射式涡流厚度传感器 §3.4 电涡流式传感器 null若带材厚度不变, 则被测带材上、 下表面之间的距离总有x1+x2＝常数的关系存在。两传感器的输出电压之和为 2Uo数值不变。 如果被测带材厚度改变量为Δδ, 则两传感器与带材之间的距离也改变了一个Δδ, 两传感器输出电压此时为2Uo+ΔU。 ΔU经放大器放大后, 通过指示仪表电路即可指示出带材的厚度变化值。 带材厚度给定值与偏差指示值的代数和就是被测带材的厚度。高频反射式涡流厚度传感器 §3.4 电涡流式传感器 二、高频反射式电涡流传感器的基本结构 二、高频反射式电涡流传感器的基本结构 不足之处：只能用于测量探头到被测金属导体表面之间的距离，产生的电涡流只作用在金属体表面，无法渗入到被测金属的内部、更无法透过被测金属体。因：在国内率先开发成功的ZA-2系列低频透射式电涡流测厚传感器系列采用低频电涡流技术，使激励探头产生的电涡流能完全透过被测金属体，接收探头得到被测金属体的表面、中间及反面的全部信息。 解决办法：采用低频透射式电涡流三、低频透射式电涡流传感器的基本结构 三、低频透射式电涡流传感器的基本结构 低频透射式涡流厚度传感器 在被测金属的上方设有发射传感器线圈L1, 在被测金属板下方设有接收传感器线圈L2。 当在L1上加低频电压U1时, 则L1上产生交变磁通Φ1. 若两线圈间无金属板, 则交变磁场直接耦合至L2中, L2产生感应电压U2。 如果将被测金属板放入两线圈之间, 则L1线圈产生的磁通将导致在金属板中产生电涡流。 透射式涡流厚度传感器 结构原理图此时磁场能量受到损耗, 到达L2的磁通将减弱为Φ’１, 从而使L2产生的感应电压U2下降。 金属板越厚, 涡流损失就越大, U2电压就越小。三、低频透射式电涡流传感器的基本结构 三、低频透射式电涡流传感器的基本结构 §3.4 电涡流式传感器 因此, 可根据U2电压的大小得知被测金属板的厚度, 透射式涡流厚度传感器检测范围可达1～100mm, 分辨率为0.1μm, 线性度为 1%。 低频透射式涡流厚度传感器透射式涡流厚度传感器 结构原理图三、低频透射式电涡流传感器的基本结构 三、低频透射式电涡流传感器的基本结构     可以广泛应用于金属板材厚度测量、金属体内部缺陷(如砂眼、裂痕、杂质、疲劳)诊断、焊接点质量检测、钢丝绳表面及内部断股检测等工业测量应用。 应用范围:         金属板材厚度测量、金属表面镀层厚度、金属体内部缺陷(如砂眼、裂痕、杂质、疲劳)诊断、焊接点质量检测、钢丝绳表面及内部断股检测等工业测量应用。低频透射式电涡流测厚传感器      型号:ZA-2三、涡流式传感器的应用 三、涡流式传感器的应用 作用：主要用于和金属位置相关的测控，广泛用于金属测厚及接近开关。1、厚度计(测金属板厚度) 工作机理：涡流传感器可以无接触地测量金属板的厚度和非金属板的镀层厚度，当金属板的厚度发生变化时，传感器与金属板间的距离改变，从而引起电压的变化。测量方法：为了克服金属板不平整或运行中上下波动的影响，通常采用比较的方法进行测量。三、涡流式传感器的应用 三、涡流式传感器的应用 1、厚度计(测金属板厚度) 2、 转速计 2、 转速计 工作原理：（2）当轴转动时，涡流传感器将周期性地改变输出信号，该电压信号经放大、整形后，可以用频率计指示输出频率值。转速与频率和槽数成正比。（1）在转轴上开一个或多个键槽，靠近轴表面安装一个涡流传感器；这种转速传感器可实现非接触式测量, 抗污染能力很强, 可安装在旋转轴近旁长期对被测转速进行监视。最高测量转速可达 600 000 r/min(转/分)。 null4. 接近开关 4. 接近开关 当通有高频电流的线圈靠近金属体时，由于涡流的损耗作用，将使线圈的等效电阻增加，Q值下降，等效电感量减小。 根据这种涡流效应，则可作成各种以金属为载体的各种接近开关如金属探测、防盗报警等。 3. 测传送带上的零件 5. 电涡流表面的探伤 5. 电涡流表面的探伤 6. 电涡流式传感器测量位移 6. 电涡流式传感器测量位移 7. 电涡流式通道安全检查门电路原理 7. 电涡流式通道安全检查门电路原理 8. 工件的定位与计数的原理 8. 工件的定位与计数的原理 9. 振幅测量的原理 9. 振幅测量的原理 null产品§3.4 电涡流式传感器 null产品§3.4 电涡流式传感器 null产品§3.4 电涡流式传感器 null案例：连续油管的椭圆度测量§3.4 电涡流式传感器 null案例：无损探伤原理:裂纹检测，缺陷造成涡流变化。§3.4 电涡流式传感器 null案例：无损探伤§3.4 电涡流式传感器 null案例：无损探伤§3.4 电涡流式传感器 null案例：无损探伤§3.4 电涡流式传感器 思考 回答思考 回答（1）简述电感式传感器基本原理及分类。 （2）试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。 （3）分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善？ （4）图所示一简单电感式传感器。尺寸已示于图中。磁路取为中心磁路，不记漏磁，设铁心及衔铁的相对磁导率为104，空气的相对磁导率为1，真空的磁导率为4π×10－7H﹒m－1，试计算气隙长度为0和2mm时的电感量。图中所注尺寸单位均为mm。 （5）螺管型差动变压器传感器属于哪类？试列举出它的一个应用实例。 （6）在膜厚传感器上，厚度l 越大，线圈的自感系数是变大还是变小？ 思考 回答思考 回答答： ①种类：分自感式和互感式两类。 ②原理：是利用电磁感应的原理将被测非电量转换为线圈的自感系数L或互感系数M变化的装置。（1）简述电感式传感器基本原理及分类。思考 回答思考 回答答：相敏检测电路原理是: 通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。 经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。（2）试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。思考 回答思考 回答答： ①原因：改变了空气隙长度 ②改善方法：让初始空气隙距离尽量小，同时灵敏度的非线性也将增加，最好使用差动式传感器，其灵敏度增加非线性减少。（3）分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善？思考 回答思考 回答答：（4）图所示一简单电感式传感器。尺寸已示于图中。磁路取为中心磁路，不记漏磁，设铁心及衔铁的相对磁导率为104，空气的相对磁导率为1，真空的磁导率为4π×10－7H﹒m－1,试计算气隙长度为0和2mm时的电感量。图中所注尺寸单位均为mm。 空气气隙为零时：空气气隙为2mm时：思考 回答思考 回答答：螺管型自感式传感器是在螺管线圈中插人一个活动衔铁，活动衔铁在线圈中运动时，磁阻发生变化，从而使自感L变化。相似于气隙面积变化型。 在实际应用中，该类传感器通常也采用差动的结构。将铁心置于两个线圈的中间，当铁芯移动时，两个线圈的电感产生相反方向的增减，然后利用电桥将两个电感接入电桥的相邻的桥臂，以获得比单个工作方式更高的灵敏度和更好的线性度。（5）螺管型差动变压器传感器属于哪类？试列举出它的一个应用实例。 （6）在膜厚传感器上，厚度l 越大，线圈的自感系数是变大还是变小？ 答：变大。