《電感傳感器》PPT課件.ppt

,第3章 電感傳感器,掌握自感式電感傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其相應(yīng)的測(cè)量電路和應(yīng)用。掌握差動(dòng)變壓器（互感式電感傳感器）的原理、特點(diǎn)、工作特性及零點(diǎn)殘壓的消除方法。掌握高頻發(fā)射式及低頻透射式電渦流傳感器的工作原理。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,第3章 電感傳感器,3.1 自感式傳感器 3.2 差動(dòng)變壓器 3.3 電渦流式傳感器 3.4 電感傳感器的應(yīng)用,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,電感傳感器,電感傳感器是利用線圈自感和互感的變化實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量的。 應(yīng)用電磁感應(yīng)原理將非電量參數(shù)轉(zhuǎn)換為電感量的變化（包括自感和互感） 根據(jù)工作原理不同，可分為自感式、互感式和渦流式三種類型，可用來(lái)測(cè)量位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、流量等非電信號(hào)。 主要優(yōu)點(diǎn)是： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（線圈、鐵芯、銜鐵），工作可靠，壽命長(zhǎng)； 靈敏度高，傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)，有利于信號(hào)的傳輸和放大，能分辯0.01m的位移變化，一般每毫米的變化可達(dá)數(shù)百毫伏的輸出； 精度高，重復(fù)性好，線性好，非線性誤差一般為0.050.1 主要缺點(diǎn)有： 靈敏度、線性度和測(cè)量范圍相互制約； 傳感器自身頻率響應(yīng)低，不適用于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,3.1 自感式傳感器,3.1.1 氣隙型自感傳感器 3.1.2 差動(dòng)自感傳感器 3.1.3 差動(dòng)自感傳感器測(cè)量電路 3.1.4 螺線管式自感傳感器 3.1.5 自感式傳感器測(cè)量電路 3.1.6 自感式傳感器應(yīng)用舉例,按原理分：自感式傳感器、互感式傳感器（差動(dòng)傳感器） 按結(jié)構(gòu)分：閉磁路氣隙型；開磁路電渦流式,自感式傳感器,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),自感式傳感器亦稱變隙式自感傳感器，它是根據(jù)鐵芯線圈磁路氣隙的改變，引起滋路磁阻的改變，從而改變線圈自感的大小。 氣隙是磁路與磁路之間的空氣間隔 ，是以空氣為介質(zhì)的間隙，其變化可以引起磁路和磁阻的變化 。 氣隙參數(shù)的改變分變氣隙長(zhǎng)度和變氣隙截面積S兩種方式 傳感器線圈又分單線圈和雙線圈兩種。,3.1.1 氣隙型自感傳感器,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),（a）變氣隙長(zhǎng)度,（b）變氣隙截面積,工作原理 由線圈、鐵芯、銜鐵三部分組成,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),根據(jù)磁路知識(shí)，線圈的自感為：,N線圈的匝數(shù) Rm磁路的總磁 在氣隙較小的情況下（一般l在0.11mm），可以認(rèn)為氣隙磁場(chǎng)均勻分布，同時(shí)忽略磁路鐵損，則有：,l1、l2、l0鐵芯、銜鐵和氣隙的長(zhǎng)度 S1、S2、S0鐵芯、銜鐵和氣隙的截面積 1、 2、 0鐵芯、銜鐵和氣隙的導(dǎo)磁率,即磁路總磁為鐵芯、銜鐵和氣隙三部分磁路磁阻之和,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),實(shí)際上由于鐵芯一般工作于非飽和狀態(tài)，此時(shí)鐵芯的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣的導(dǎo)磁率，因而磁路的總磁阻主要由氣隙長(zhǎng)度決定，即,顯然在氣隙型傳感器中移動(dòng)銜鐵的位置，即可改變氣隙的長(zhǎng)度圖(a)或截面積圖(b)， 從而引起線圈自感的變化。,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),（1）變氣隙長(zhǎng)度型,2. 工作特性 主要分析變氣隙式傳感器的線性度和靈敏度。,變氣隙長(zhǎng)度型傳感器的自感L與呈非線性關(guān)系,靈敏度：,靈敏度高，線性度差,（2）變氣隙截面積型,變氣隙截面積S型傳感器的自感L與S之間呈線性關(guān)系,靈敏度：,靈敏度低，線性度高,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),結(jié)論： L=f（l0）在S0不變的情況下，為非線性反比例函數(shù)； L=f（S0）在l0不變的情況下，為線性正比例函數(shù)； 如圖：分別通過(guò)改變l0或改變S0，均可以獲得L的變化。,3.1.2 差動(dòng)變隙式電感傳感器,1-鐵芯； 2-線圈； 3-銜鐵,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),兩線圈變氣隙式自感傳感器采用兩個(gè)線圈激磁，工作時(shí)兩線圈的自感呈反相變化，形成差動(dòng)輸出，因而稱之為差動(dòng)自感傳感器。 差動(dòng)自感傳感器亦有變氣隙長(zhǎng)度型和變氣隙截面積型,由兩個(gè)相同線圈，一個(gè)可動(dòng)銜鐵組成：,1.工作原理,初態(tài)時(shí)：若結(jié)構(gòu)對(duì)稱，且動(dòng)鐵居中，則,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),動(dòng)鐵上移時(shí)，則,動(dòng)鐵下移時(shí)，則,結(jié)論：輸出電壓的大小和極性隨位移變化而變化,2.特性分析,（1）輸出電壓不但能反映位移量的大小，而且能反映位移的方向。 （2）輸出電壓正比于2I，因而靈敏度較高。 （3）輸出電壓非線性減小。 （4）可獲得溫度自補(bǔ)償。,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),結(jié)論：當(dāng)位移控制在 ，輸出電壓Uo與位移近似線性關(guān)系,3.1.3 差動(dòng)自感傳感器測(cè)量電路,1. 基本交流測(cè)量電橋 2. 帶相敏整流的交流電橋,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),測(cè)量電路作用： 將電感傳感器的電感量L的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流形式的變化量輸出。,1.基本交流測(cè)量電橋,（1）初始平衡狀態(tài)，Z1=Z2=Z, U0=0 （2）動(dòng)鐵上移：,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),令ZR+jL,Z= R+j L,且R L， R L，則,（3）動(dòng)鐵下移：,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),結(jié)論：輸出電壓的大小反映動(dòng)鐵位移的大小，輸出電壓的極性反映動(dòng)鐵位移的方向,兩種情況的輸出電壓大小相等，方向相反，即相位差180o 為了判別銜鐵位移方向，就是判別信號(hào)的相位， 要在后續(xù)電路中配置相敏檢波器來(lái)解決,2. 帶相敏檢波電路,由于交流電壓表不能直接指示電橋輸出電壓的極性，即無(wú)法確定動(dòng)鐵位移的方向，因而通常在交流檢測(cè)電橋中引入相敏整流電路，把測(cè)量電橋的交流輸出轉(zhuǎn)換為直流輸出，而后用零值電壓表測(cè)量電橋的輸出電壓。,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),2. 帶相敏檢波電路,Z1、Z2為差動(dòng)線圈等效阻抗 R為平衡電阻，與Z1、Z2 組成電橋 DlD4組成相敏整流電路 Uo為測(cè)量電路的輸出電壓 零值居中的直流電壓表指示輸出電壓的大小和極性,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),（1）初態(tài)時(shí)： 由于動(dòng)鐵居中，即Z1Z2Z，由于橋路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，此時(shí)UB UC，即Uo=UB-UC=0。 （2）動(dòng)鐵上移時(shí)： Z1Z十Z，Z2ZZ，即Z1Z2I1I2，此時(shí) UoUBUCUBD+UDC=I1R-I2R=R(I1-I2)0 在電源Ui的正半周和負(fù)半周，I1、I2的方向均變?yōu)橄喾?，但Uo都0，指示表指針反偏，讀數(shù)為負(fù)，表示動(dòng)鐵在上移。 （3）動(dòng)鐵下移時(shí)： Z1ZZ ， Z2Z十Z ，即Z2Z1I1 I2，此時(shí) UoUBUCR(I1-I2) 0 指示表指針右偏，讀數(shù)為正，表明動(dòng)鐵在下移。,非相敏整流和相敏整流電路輸出電壓比較 (a) 非相敏整流電路；（b） 相敏整流電路,非相敏整流電路：電路結(jié)構(gòu)不完全對(duì)稱，初態(tài)時(shí)電橋不平衡，因而產(chǎn)生靜態(tài)零偏壓，稱為零點(diǎn)殘余電壓。 相敏整流電路具備以下優(yōu)點(diǎn)： 過(guò)零輸出 改善線性度 識(shí)別極性,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),返 回,3.2 差動(dòng)變壓器,差動(dòng)變壓器是互感式傳感器，是把被測(cè)量的位移量轉(zhuǎn)換成傳感器線圈間互感量的變化。 其原理類似于變壓器。不同的是：后者為閉合磁路，前者為開磁路；后者初、次級(jí)間的互感為常數(shù)，前者初、次級(jí)間的互感隨銜鐵移動(dòng)而變，且兩個(gè)次級(jí)繞組按差動(dòng)方式工作，因此又稱為差動(dòng)變壓器。它與自感式傳感器統(tǒng)稱為電感式傳感器。 變隙式 變面積式 螺線管式 一般采用螺線管式，因?yàn)闅庀妒浇Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，行程小。,下一頁(yè),返 回,(a)、(b) 變隙式差動(dòng)變壓器； (c)、(d) 螺線管式差動(dòng)變壓器； (e)、(f) 變面積式差動(dòng)變壓器,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),差動(dòng)變壓器,3.2.1 工作原理 3.2.2 工作特性 3.2.3 測(cè)量電路,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),3.1 工作原理,-活動(dòng)銜鐵；-導(dǎo)磁外殼； -骨架；-匝數(shù)為N1初級(jí)繞組； -匝數(shù)為N21的次級(jí)繞組； -匝數(shù)為N22的次級(jí)繞組,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),R1和L1表示初級(jí)線圈的電阻和自感 R21和R22表示兩次級(jí)線圈 的電阻 L21和L22表示兩次級(jí)線圈的自感 M1和M2表示初級(jí)線圈分別與兩次級(jí)線團(tuán)間的互感 e2l和e22表示在初級(jí)電壓u1作用下在兩次線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 兩次級(jí)線圈反向串聯(lián)，形成差動(dòng)輸出電壓u2。,常采用三段式結(jié)構(gòu)形式，即一個(gè)初級(jí)線圈，兩個(gè)次級(jí)線圈，且反向串接形成“差接”方式。 如圖為等效電路圖：輸入電壓通過(guò)互感，感應(yīng)到感應(yīng)電壓e21和e22，通過(guò)移動(dòng)銜鐵，可以改變其原邊、副邊之間的互感。,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),初級(jí)線圈的激磁電流為:,動(dòng)鐵和次級(jí)線圈中產(chǎn)生的磁通分別為:,Nl為初級(jí)線圈的匝數(shù)，次級(jí)線圈的匝數(shù)為N11N21N2，R21和R22 分別通道磁阻。此時(shí)初級(jí)線圈與兩次級(jí)線圈的互感為：,可見，可以通過(guò)移動(dòng)銜鐵，改變M1、M2，從而改變U2.,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),結(jié)論：,當(dāng)動(dòng)鐵處于中間位置時(shí)，磁阻Rm1Rm2，即互感M1M2，故此時(shí)輸出 電壓U20。 當(dāng)動(dòng)鐵上移時(shí)，磁阻Rm1Rm2，則M1=M+MM2=M- M ，此時(shí)輸出電壓U20。 當(dāng)動(dòng)鐵下移時(shí)，磁阻Rm1Rm2，則M1=M-MM2=M+M ，此時(shí)輸出電壓U20。 因而差動(dòng)變壓器可以用來(lái)測(cè)量動(dòng)鐵位移的大小和方向。,3.2.2 工作特性,輸出電壓特性 靈敏度 線性度 溫度特性 零點(diǎn)殘余電壓消除方法,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),（1）輸出電壓特性,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),由圖可見： 完全耦合時(shí)： 該線圈磁路的磁阻最小，因而互感M 最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e最大，因而其輸出電壓達(dá)到最大值Um。 完全不耦合時(shí)： 輸出電壓Uo，稱之為殘余電壓。 x表示動(dòng)鐵與次級(jí)線圈實(shí)際位移的范圍,單個(gè)線圈變壓器輸出電壓特性,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),結(jié)論： 相對(duì)于次級(jí)單個(gè)線圈，差動(dòng)兩線圈輸出電壓線性工作范圍大大增加。 改善差動(dòng)變壓器輸出電壓特性的方法： 提高次級(jí)兩線圈磁路和電路的對(duì)稱性 采用相敏整流電路對(duì)輸出電壓進(jìn)行處理,差動(dòng)兩線圈變壓器輸出電壓特性,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),理想的差動(dòng)變壓器輸出電壓與位移成線性關(guān)系，但實(shí)際上由于線圈、鐵芯、骨架的結(jié)構(gòu)形狀、材質(zhì)等諸多因素的影響，不可能達(dá)到完全對(duì)稱，使得實(shí)際輸出電壓呈非線性狀態(tài)。但在變壓器中間部分磁場(chǎng)是均勻且較強(qiáng)的，因而具有較好的線性段。一般x為線圈骨架1/101/4。 改善差動(dòng)變壓器輸出電壓特性的方法： 提高次級(jí)兩線圈磁路和電路的對(duì)稱性 采用相敏整流電路對(duì)輸出電壓進(jìn)行處理,（2）靈敏度,定義：差動(dòng)變壓器的靈敏度是指差動(dòng)變壓器在單位電壓激勵(lì)下，動(dòng)鐵芯移動(dòng)單位距離時(shí)的輸出電壓。單位為mV/mmV,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),KE與f關(guān)系曲線,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),當(dāng)f較低時(shí)，L1R1，則 即U2 當(dāng)f較高時(shí)， L1R1，則 即U2與無(wú)關(guān)，K為常數(shù)。 當(dāng)f繼續(xù)升高時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生“集膚”效應(yīng)，電荷匯集在表面，鐵芯有效阻值增大，鐵芯發(fā)熱，產(chǎn)生很大功耗，從而引起U2快速下降。,提高輸入激勵(lì)電壓（在熱容量范圍內(nèi)），將使傳感器靈敏度按線性增加。 但U1不能過(guò)大，否則會(huì)引起差動(dòng)變壓器發(fā)熱。,除了激勵(lì)頻率和輸入激勵(lì)電壓對(duì)差動(dòng)變壓器靈敏度有影響外，提高線圈品質(zhì)因數(shù)Q值，增大銜鐵直徑，適當(dāng)增加次級(jí)線圈匝數(shù)，選擇導(dǎo)磁性能好，鐵損小以及渦流損耗小的導(dǎo)磁材料制作銜鐵和導(dǎo)磁外殼等可以提高靈敏度。,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),（3）線性度,線性度: 傳感器實(shí)際特性曲線與理論直線之間的最大偏差除以測(cè)量范圍（滿量程），并用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。 影響差動(dòng)變壓器線性度的因素: 骨架形狀和尺寸的精確性，線圈的排列，鐵芯的尺寸和材質(zhì)，激勵(lì)頻率和負(fù)載狀態(tài)等。 改善差動(dòng)變壓器的線性度: 取測(cè)量范圍為線圈骨架長(zhǎng)度的1/10-1/4，激勵(lì)頻率采用中頻，配用相敏檢波式測(cè)量電路,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),（4）溫度特性,原因： 組成差動(dòng)變壓器的各個(gè)結(jié)構(gòu)件的材料性能都受溫度的影響，產(chǎn)生測(cè)量誤差，影響最大的是初級(jí)線圈電阻溫度系數(shù)，在溫度變化時(shí)，引起初級(jí)電流I1發(fā)生變化，致使輸出電壓隨溫度而變化。 措施： 一般控制溫度在80以 下工作； 在低頻激勵(lì)下，可適當(dāng)提高工作頻率，減小R1的變化對(duì)輸出電壓的影 響； 有條件時(shí)可考慮采用恒流源激勵(lì)。,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),產(chǎn)生零點(diǎn)殘余電壓的原因,（1）由于兩個(gè)二次測(cè)量線圈的等效參數(shù)不對(duì)稱（包括初始M，L，R），使其輸出的基波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值和相位不同，調(diào)整磁芯位置時(shí)，也不能達(dá)到幅值和相位同時(shí)相同。 （2）由于鐵芯的B-H特性的非線性，產(chǎn)生高次諧波不同，不能互相抵消。,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),（5） 零點(diǎn)殘余電壓及消除方法,零點(diǎn)殘余電壓危害： 使傳感器輸出特性在零點(diǎn)附近的范圍內(nèi)不靈敏，限制著分辨力的提高。 零點(diǎn)殘余電壓太大，將使線性度變壞，靈敏度下降，甚至?xí)狗糯笃黠柡停氯杏眯盘?hào)通過(guò)，致使儀器不再反映被測(cè)量的變化。,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),減小零點(diǎn)殘余電壓措施：,（1）在設(shè)計(jì)和工藝上，力求做到磁路對(duì)稱，線圈對(duì)稱。鐵芯材料要均勻，要經(jīng)過(guò)熱處理去除機(jī)械應(yīng)力和改善磁性。兩個(gè)二次側(cè)線圈窗口要一致，兩線圈繞制要均勻一致。一次側(cè)線圈繞制也要均勻。 （2）選擇合適的測(cè)量電路，引入相敏整流電路，對(duì)差動(dòng)變壓器輸出電壓進(jìn)行處理。 （3）在電路上進(jìn)行補(bǔ)償。線路補(bǔ)償主要有：加串聯(lián)電阻，加并聯(lián)電容，加反饋電阻或反饋電容等。實(shí)現(xiàn)次級(jí)線圈的感應(yīng)電壓的相位、幅值變化補(bǔ)償。,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的電路,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),一般原則：串聯(lián)電阻可以減小零位電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)零； 并聯(lián)電容可以改變零位電壓的相位。,3.2.3 測(cè)量電路差動(dòng)整流電路,差動(dòng)變壓器兩個(gè)次級(jí)輸出電壓分別整流后，再差動(dòng) (a)、(b)電壓輸出型 適用于高阻抗負(fù)載 (c)、(d)電流輸出型 適用于低阻抗負(fù)載 R0用于調(diào)整零點(diǎn)殘余電壓,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),優(yōu)點(diǎn)：不但可以用0值居中的直流電 表指示輸出電壓或電流的大小和極性，還可以有效地消除殘余電壓，同時(shí)可使線性工作范圍得到一定的擴(kuò)展。,3.3 電渦流式傳感器,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流。 電渦流(Eddy current)指的是傳感線圈的交變磁場(chǎng)在被測(cè)金屬板上產(chǎn)生的感應(yīng)電流，此電流在金屬板平面上形成閉合回路，其大小與金屬板平面電阻率、導(dǎo)磁率、金屬板厚度b及傳感線圈與金屬板間距離有關(guān)。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,穿透深度,式中, 導(dǎo)體電阻率(cm)； r導(dǎo)體相對(duì)磁導(dǎo)率； 交變磁場(chǎng)頻率(Hz)。,結(jié)論：頻率越高，貫穿深度越小，此即電渦流的趨膚效應(yīng)。,電渦流式傳感器,3.3.1 高頻反射式電渦流傳感器 用于非接觸式位移量的檢測(cè) 3.3.2 低頻透射式電渦流傳感器 僅用于金屬板厚度的測(cè)量,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,按激磁電源頻率高低分為：,最大特點(diǎn)：對(duì)位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進(jìn)行非接觸式連續(xù)測(cè)量，另外體積小、靈敏度高、頻響寬、應(yīng)用廣泛。,3.3.1 高頻反射式渦流傳感器,1. 工作原理 2等效電路 3. 工作特性 4. 測(cè)量電路,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,1. 工作原理,線圈置于金屬導(dǎo)體附近： 線圈中通以高頻信號(hào) i1 正弦交變磁場(chǎng) H1 金屬導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生渦流 渦流產(chǎn)生電磁場(chǎng) 反作用于線圈 ,改變了電感,電感變化程度取于線圈L的外形尺寸，線圈L至金屬板之間的距離，金屬板材料的電阻率和磁導(dǎo)率以及信號(hào)的頻率等。因此可以把非電量H轉(zhuǎn)化成電量，以實(shí)現(xiàn)位移量的測(cè)量。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,其中： 傳感線圈與被測(cè)體間距 被測(cè)渦流回路電阻率 f 激勵(lì)源頻率 r被測(cè)渦流回路導(dǎo)磁率,3. 工作特性,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,（1）電渦流的徑向密度 分布是不均勻的，既是線圈與導(dǎo)體間距離的函數(shù)，又是沿線圈半徑方向r的函數(shù)。,電渦流的徑向密度與傳感線圈外徑有一定的比例關(guān)系。 電渦流的徑向分布是不均勻的，但保持如下一定的比例關(guān)系： 當(dāng)渦流半徑r =線圈外圓半徑R時(shí)，密度最大； 隨著渦流半徑的增大或減小，密度都顯 著下降； ro時(shí)，密度等于o，在r25R時(shí)，密度亦趨于o。,一定，電渦流密度J與r關(guān)系,3. 工作特性,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,電渦流的徑向密度與傳感線圈對(duì)被測(cè)體間距成反比。 理論分析與實(shí)驗(yàn)都已證明了與I的關(guān)系： 間距o時(shí)，電渦流的密度最大； 隨著間距的增加，密度顯著降； 當(dāng)R時(shí)，電渦流密度下降到最大 值的30。,其中：I1：線圈激勵(lì)電流 I2：金屬導(dǎo)體中等效電流 ：距離 R：線圈外徑,歸一化曲線,在/R為0.050.15范圍內(nèi)才能得到較好線性和較高靈敏度。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,（2）電渦流的貫穿深度 電渦流的貫穿深度h與被測(cè)體渦流回路電阻率成正比，與其相對(duì)導(dǎo)磁率及電源頻率f成反比,其計(jì)算關(guān)系如下:,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,（3）電渦流效應(yīng)的靈敏度 當(dāng)傳感線圈的結(jié)構(gòu)性能和激磁電流一定的情況下，電渦流效應(yīng)與被測(cè)體的物理性能和幾何尺寸密切相關(guān)。 被測(cè)體材料物理性能的影響 被測(cè)體材料的電阻率和導(dǎo)磁率直接影響著電渦流效應(yīng)，因而 也引起靈敏度的變化。 一般：電阻率Kr；r Kr 被測(cè)體幾何尺寸的影響 渦流的平面面積傳感 線圈的平面面積：Kr不變； 渦流平面線圈平面: Kr隨被測(cè)體平面的減小而下降； 渦流平面只有傳感線圈平面面積一半：靈敏度也減小一半。 圓柱體：圓柱體的直徑D是傳感線圈外圈直徑d的3.5倍以上，Kr較穩(wěn)定；Dd時(shí)：Kr降至70左右。 平面形：厚度要有0.2mm以上，否則 由于電渦流穿透作用的影響，將引起Kr下降。 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)周圍的附加電場(chǎng)或磁場(chǎng)的存在，也導(dǎo)致Kr下降。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,（4）非線性 一船來(lái)說(shuō)，靈敏度越高，線性度越差(僅指未采取補(bǔ)償措施時(shí))。 電渦流傳感 器線性工作范圍一般為傳感線圈外徑的 l513 線圈外徑越大，線性范圍越 大。 為此，電渦流傳感器的線圈通常都采用窄而扁的結(jié)構(gòu)。,4. 測(cè)量電路,諧振法 正反饋電路法 電橋法,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,1 諧振式,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,諧振法是依據(jù)電路諧振原理,實(shí)現(xiàn)對(duì)電渦流傳感器輸出信號(hào)測(cè)量的方法。根據(jù)LC諧振電路的幅值及頻率特性(Frequency response),又分為調(diào)幅法和調(diào)頻法。 ,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,（1）調(diào)幅法 是以傳感線圈與調(diào)諧電容組成并聯(lián)LC諧振回路，由石英震蕩器提供高頻激磁電流，測(cè)量電路的輸出電壓正比于LC諧振電路的阻抗Z，激磁電流和諧振阻抗Z越大，輸出電壓越高。初態(tài)時(shí)，傳感器遠(yuǎn)離被測(cè)體，調(diào)整LC回路諧振頻率等于石英晶體振蕩器即,此時(shí)LC并聯(lián)諧振回路的等效阻抗Z最大，即 式中R是諧振回路的等效電阻，式中的L即為傳感線圈自感L1.在諧振頻率以外，LC回路的等效阻抗將顯著減少，如圖。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,當(dāng)被測(cè)體為軟磁材料時(shí)，由于導(dǎo)磁率增加，諧振回路的等效電感L增加，LC回路諧振頻率減小，諧振曲線左移，諧振阻抗由初態(tài)最大值降至Z1，對(duì)應(yīng)的諧振頻率為f1。當(dāng)被測(cè)體為硬磁或非硬磁材料時(shí)，由于導(dǎo)磁率減小，等效電感L減小，LC回路諧振頻率增大，諧振曲線右移，諧振阻抗由初態(tài)最大值降至Z2。對(duì)應(yīng)的諧振頻率為f2。由于并聯(lián)諧振電路輸出電壓u0=i0Z，因而傳感線圈與被測(cè)體之間距離的變化，引起Z的變化，使輸出電壓跟隨變化，從而實(shí)現(xiàn)位移量的測(cè)量，故稱調(diào)幅法。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,（2）調(diào)頻法 調(diào)頻法是以LC諧振回路的頻率作為輸出量，直接用頻率計(jì)測(cè)量；或通過(guò)測(cè)量LC回路等效電感L，間接測(cè)量頻率變化量。 穩(wěn)定性差，不常用。,2 正反饋電路法,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,Zr為一固 定的線圈阻抗，ZL為傳感線圈電渦流效應(yīng)的等效阻抗 工作原理：變化 ZL變化運(yùn)算放大器輸出電壓變化經(jīng)檢波和放大后使測(cè)量電路輸出電壓uo變化。,3 電橋法,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,靜態(tài)時(shí)：電橋平衡，橋路輸出uAB0。 工作時(shí)：傳感器接近被測(cè)體，電渦流效應(yīng)等效電感L發(fā)生變化，測(cè)量電橋失去平衡，即 uAB 0，經(jīng)線性放大后送檢波器檢波后輸出直流電壓U，其大小正比于傳感器線圈的移動(dòng)量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)位移量的測(cè)量。,L1和L2為傳感器兩線圈電感，分別與選頻電容C1和C2并聯(lián)組成兩橋臂，電阻R1和R2組成另外兩橋臂。,3.3.2 低頻透射式電渦流傳感器,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,當(dāng)傳感線圈激磁頻率在1KHz以下時(shí)，電渦流的趨膚效應(yīng)大大減弱，穿透能力大大加強(qiáng)，由式（325）可知，此時(shí)可用來(lái)檢測(cè)金屬板厚度，故稱之為低頻透射式電渦流傳感器。,透射式渦流傳感器原理 線圈感應(yīng)電勢(shì)與厚度關(guān)系曲線,測(cè)厚的依據(jù): E的大小間接反映了M的厚度t,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,發(fā)射線圈,接收線圈,因?yàn)镸的厚度可影響到達(dá)L2的磁通的大小。 t22,當(dāng)選用不同的測(cè)試頻率時(shí)，滲透深度Q滲的值是不同的， 從而使Et曲線的形狀發(fā)生變化。,在t較小的情況下，Q大曲線的斜率大于Q小曲線的斜率； 而在t較大的情況下，Q小曲線的斜率大于Q大曲線的斜率。 測(cè)量薄板時(shí)應(yīng)選較高的頻率，測(cè)量厚材時(shí)應(yīng)選較低的頻率。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,3.4 電感傳感器應(yīng)用,3.4.1 自感式傳感器的應(yīng)用 3.4.2 差動(dòng)變壓器的應(yīng)用 3.4.3 電渦流傳感器的應(yīng)用,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),3.4.1 自感式傳感器應(yīng)用舉例,1. 自感式位移傳感器 2. 自感式壓力傳感器,上一頁(yè),返 回,下一頁(yè),1. 自感式位移傳感器,1 傳感器引線 2 鐵心套筒 3 磁芯 4 電 感 線 圈 5 彈 簧 6 防轉(zhuǎn)件 7 滾 珠 導(dǎo) 軌 8 測(cè) 桿 9 密封件 10瑪瑙測(cè)端,上一頁(yè)