《能量控制型傳感器》ppt課件

1、第2章能量控制型傳感器第2章能量控制型傳感器2.1電阻應(yīng)變式傳感器2.2電容式傳感器2.3電感式傳感器2.1電阻應(yīng)變式傳感器2.1.1電阻應(yīng)變效應(yīng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體在外界力的作用下產(chǎn)活力械形變，其電阻值也隨著發(fā)生變化，這種景象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。下面我們以金屬絲應(yīng)變片為例分析這種效應(yīng)。2.1.2應(yīng)變片構(gòu)造類型與粘貼1.應(yīng)變片的構(gòu)造類型常用的應(yīng)變片有金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，金屬應(yīng)變片分為金屬絲式、箔式和薄膜式三種；半導(dǎo)體應(yīng)變片分為體型、分散型、薄膜型和PN結(jié)元件等類型，如圖2-1所示。2.1電阻應(yīng)變式傳感器金屬絲式應(yīng)變片由敏感柵、基底和覆蓋層、黏結(jié)劑、引線組成，如圖2 2所示。其中敏感柵是應(yīng)變片最

2、重要的部分，普通柵絲直徑為0015005mm。敏感柵的縱向軸線稱為應(yīng)變片軸線，根據(jù)不同用途，柵長(zhǎng)可為02200mm?；缀透采w層用以堅(jiān)持敏感柵及引線的幾何外形和相對(duì)位置，并將被測(cè)件上的應(yīng)變迅速準(zhǔn)確地傳送到敏感柵上。因此基底做得很薄，普通為00204mm。覆蓋層起維護(hù)敏感柵作用?；缀透采w層用專門的薄紙制成的稱為紙基，用各種黏結(jié)劑和有機(jī)樹脂膜制成的稱為膠基，現(xiàn)多采用后者。2.1電阻應(yīng)變式傳感器圖2-1各種應(yīng)變片構(gòu)造圖a)金屬絲式應(yīng)變片b)金屬箔式應(yīng)變片c)體型半導(dǎo)體應(yīng)變片1基片2Si片3引線2.1電阻應(yīng)變式傳感器圖2-2金屬絲式應(yīng)變片構(gòu)造表示圖1引線2覆蓋層3基片4敏感柵2.1電阻應(yīng)變式傳感器2

3、.應(yīng)變片的粘貼應(yīng)變片是粘貼在彈性敏感元件或被測(cè)元件上的，傳感器的性能在很大程度上取決于粘貼質(zhì)量，所以黏合劑的選擇要思索基片的資料、任務(wù)環(huán)境、潮濕程度、穩(wěn)定性、能否加溫加壓以及粘貼時(shí)間等要素。(1)試件的外表處置為了保證良好的黏合度，粘貼外表應(yīng)堅(jiān)持平整、光滑，無雜質(zhì)、油污及外表氧化層等。2.1電阻應(yīng)變式傳感器(2)確定貼片位置在應(yīng)變片上標(biāo)出敏感柵的縱向、橫向中心線，在試件被測(cè)點(diǎn)處畫出中心線，粘貼時(shí)使兩者重合。(3)粘貼先在處置后的試件外表和應(yīng)變片的基底各涂一層薄而均勻的膠水，然后將應(yīng)變片貼在被測(cè)點(diǎn)上，并在應(yīng)變片上覆蓋一層聚乙烯塑料薄膜并加壓，將多余的膠水和氣泡排出，加壓時(shí)要留意防止應(yīng)變片錯(cuò)位。(

4、4)固化根據(jù)所運(yùn)用的黏合劑的固化工藝要求進(jìn)展固化處置和時(shí)效處置。(5)粘貼質(zhì)量檢查檢查粘貼位置能否合格，黏合層能否有氣泡和漏貼，敏感柵能否有短路或斷路景象以及敏感柵的絕緣性能等。(6)引線的焊接與防護(hù)檢查合格后即可焊接引線。2.1.3電阻應(yīng)變式壓力傳感器的組成2.1電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)變片正常任務(wù)時(shí)需依靠于彈性元件，可以經(jīng)過兩種方式實(shí)現(xiàn)應(yīng)變片的粘貼。一種是將應(yīng)變片直接粘貼于壓力 位移型彈性元件只需平膜片容易實(shí)現(xiàn)的應(yīng)變處，在彈性元件實(shí)現(xiàn)壓力 位移變換的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了應(yīng)變 電阻值的變換。另一種是粘貼在力 應(yīng)變型彈性元件外表，經(jīng)過壓力 位移型彈性元件實(shí)現(xiàn)壓力 力的變換，再經(jīng)過粘貼有電阻應(yīng)變片的力 應(yīng)變

5、型彈性元件實(shí)現(xiàn)力 應(yīng)變 電阻值的轉(zhuǎn)換。最后，把應(yīng)變片接入丈量電橋的橋臂，經(jīng)過丈量電路把電阻值轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)，送至顯示儀表。電阻應(yīng)變式壓力傳感器構(gòu)造原理框圖如圖2 3所示。2.1電阻應(yīng)變式傳感器圖2-3電阻應(yīng)變式壓力傳感器構(gòu)造原理框圖1.力-應(yīng)變型彈性元件常用的力-應(yīng)變型彈性元件有柱形彈性元件、懸臂梁和薄壁環(huán)等。2.1電阻應(yīng)變式傳感器圖2-4圓柱式測(cè)力傳感器a)圓柱外形b)圓柱面展開圖2.1電阻應(yīng)變式傳感器(1)柱形彈性元件此類彈性元件由于應(yīng)變很小，測(cè)力量程較大，尤其是實(shí)心圓柱在徑向尺寸較大時(shí)，測(cè)力上限可達(dá)數(shù)千萬牛頓，常作為荷重式壓力傳感器的敏感元件。例2-1將阻值為120、靈敏度為K=2

6、的電阻應(yīng)變片，分別沿軸向、徑向貼在外直徑為10cm、內(nèi)直徑為5cm的圓環(huán)形鋼柱外表，鋼材的彈性模量E=21011N/m2，在鋼柱遭到F=7.5103N拉力后，兩應(yīng)變片的電阻分別變化了多少？解：鋼柱的橫截面積(2)梁式彈性元件梁有多種方式，如圖2-5所示。2.1電阻應(yīng)變式傳感器圖2-5梁式測(cè)力傳感器a)等截面懸臂梁b)等強(qiáng)度懸臂梁c)雙孔梁d)“S形彈性梁2.1電阻應(yīng)變式傳感器(3)薄壁環(huán)如圖2-6所示，彈性元件為等截面圓環(huán)。圖2-6薄壁環(huán)式測(cè)力傳感器2.1電阻應(yīng)變式傳感器2.丈量電路電阻應(yīng)變式傳感器是把機(jī)械應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化量，由于應(yīng)變量及電阻變化量普通都很微小，既難以直接準(zhǔn)確丈量，又不便直

7、接處置。在電阻應(yīng)變式傳感器中最常用的丈量電路是橋式電路。按電源性質(zhì)不同，可分為直流電橋和交流電橋。按電橋橋臂電阻的任務(wù)方式不同，可分為惠斯頓電橋、半橋和全橋。圖2-7橋式丈量電路a)直流電橋b)橋路的調(diào)零電路2.1電阻應(yīng)變式傳感器(1)惠斯頓電橋(2)半橋(3)全橋即電橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片，此時(shí)電橋輸出電壓公式為式(2-5)或式(2-6)。例2-2將四片阻值為200的應(yīng)變片對(duì)稱粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁的上下外表，與阻值為200的固定電阻組成電橋電路，應(yīng)變片靈敏度K=2，橋路供電電壓為5V，當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生2106應(yīng)變時(shí)，試求惠斯頓電橋、半橋以及全橋任務(wù)時(shí)的輸出電壓。解：惠斯頓電橋：2.1電阻應(yīng)變式傳感

8、器3.溫度補(bǔ)償在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)(t)及柵絲與試件膨脹系數(shù)(g、s)的差別性而產(chǎn)生虛偽應(yīng)變輸出時(shí)，丈量有時(shí)會(huì)產(chǎn)生與真實(shí)應(yīng)變同數(shù)量級(jí)的誤差，必需采取補(bǔ)償溫度誤差的措施。圖2-8補(bǔ)償塊溫度補(bǔ)償表示圖1試件2補(bǔ)償塊2.1電阻應(yīng)變式傳感器(1)補(bǔ)償塊補(bǔ)償法采用惠斯頓電橋丈量如圖2-8所示試件上外表某一點(diǎn)的應(yīng)變時(shí)，可采用兩片型號(hào)、初始電阻和靈敏度都一樣的應(yīng)變片R1和R2，R1貼在試件的測(cè)試點(diǎn)上，R2(稱為溫度補(bǔ)償片)貼在試件的零應(yīng)變處(圖中試件的中線上)，或貼在補(bǔ)償塊上。1)R1和R2是同規(guī)格的應(yīng)變片，即它們的初始電阻值、電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)和應(yīng)變靈敏度K都一樣。2)粘補(bǔ)助償

9、應(yīng)變片的補(bǔ)償塊資料和粘貼任務(wù)應(yīng)變片的試件資料必需一樣。3)兩應(yīng)變片R1和R2處于同一溫度場(chǎng)。(2)橋路自補(bǔ)償法當(dāng)丈量橋路處于半橋和全橋任務(wù)方式時(shí)，與上述補(bǔ)償法的原理類似，應(yīng)變片受溫度影響產(chǎn)生的電阻變化量一樣，接在電橋相鄰兩臂上而相互抵消，到達(dá)橋路自補(bǔ)償?shù)哪康摹?.1電阻應(yīng)變式傳感器圖2-9半橋的溫度補(bǔ)償2.1.4電阻應(yīng)變式傳感器的運(yùn)用2.1電阻應(yīng)變式傳感器圖2-10應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩傳感器a)半橋應(yīng)變片粘貼圖b)全橋應(yīng)變片粘貼圖1.應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩傳感器丈量轉(zhuǎn)矩時(shí)，可以直接將應(yīng)變片粘貼在被測(cè)軸上，其原理如圖2-10所示。2.1電阻應(yīng)變式傳感器2.應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器主要用于液體、氣體壓力的丈量，

10、丈量壓力的范圍在104107Pa之間。(1)筒式壓力傳感器如圖2-11所示，通常用于丈量較大的壓力。圖2-11筒式壓力傳感器1任務(wù)應(yīng)變片2補(bǔ)償應(yīng)變片2.1電阻應(yīng)變式傳感器(2)膜片式壓力傳感器如圖2-12所示，它的敏感元件為圓形膜片，應(yīng)變片貼在膜片上。(3)組合式壓力傳感器如圖2-13所示，它的壓力-位移型彈性元件為波紋膜片、膜盒或波紋管，而應(yīng)變片粘貼在力-應(yīng)變型彈性元件懸臂梁上。圖2-12膜片式壓力傳感器1插座2膜片3應(yīng)變片2.1電阻應(yīng)變式傳感器圖2-13組合式壓力傳感器a)波紋膜片與懸臂梁組合b)波紋管與懸臂梁組合c)波紋膜盒與懸臂梁組合2.1電阻應(yīng)變式傳感器圖2-14應(yīng)變式加速度傳感器1

11、質(zhì)量塊2彈性元件3殼體及基座4應(yīng)變片2.1電阻應(yīng)變式傳感器3.應(yīng)變式加速度傳感器應(yīng)變式加速度傳感器是一種慣性式傳感器，根本原理如圖2-14所示。小制造數(shù)顯電子秤1.任務(wù)原理數(shù)顯電子秤電路原理如圖2-15所示，其主要有三部分，分別為電阻應(yīng)變式傳感器R1，由IC2、IC3組成的丈量放大電路，IC1及外圍元件組成的數(shù)顯面板表。圖2-15數(shù)顯電子秤電路原理2.1電阻應(yīng)變式傳感器2.元件選擇1)IC1選用ICL7126集成塊，IC2、IC3選用高準(zhǔn)確度低溫漂精細(xì)運(yùn)算放大器OP07，IC4選用LM3851.2V集成塊。2)傳感器R1選用E3502AA型箔式電阻應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為350。3)各電阻元件宜選

12、用精細(xì)金屬膜電阻。4)RP1選用精細(xì)多圈電位器，RP2、RP3經(jīng)調(diào)試后可分別用精細(xì)金屬膜電阻替代。5)電容中C1選用云母電容或瓷介電容。6)電源采用9V恒流源電源供電。3.制造與調(diào)試2.1電阻應(yīng)變式傳感器(1)數(shù)顯電子秤的制造數(shù)顯電子秤的形變鋼件可用普通鋼鋸條制造，其制造方法為：首先將鋸齒打磨平整，再將鋸條加熱至微紅，趁熱加工成“U形，并在對(duì)應(yīng)位置鉆孔，以便以后安裝；然后再將其加熱至呈橙紅色(七八百攝氏度)，迅速放入冷水中淬火，以提高硬度和強(qiáng)度；最后進(jìn)展外表處置工藝。(2)數(shù)顯電子秤的調(diào)試預(yù)備1kg及2kg規(guī)范砝碼各一個(gè)，調(diào)試過程如下：首先在秤體自然下垂且無負(fù)載時(shí)調(diào)整RP1，使顯示器準(zhǔn)確顯示零

13、；再調(diào)整RP2，使秤體承當(dāng)滿量程質(zhì)量(本電路選滿量程為2kg)時(shí)顯示滿量程值；然后在秤鉤下懸掛1kg的規(guī)范砝碼，察看顯示器能否顯示1.000，如有偏向，可調(diào)整RP3值，使之準(zhǔn)確顯示1.000(如有調(diào)整，應(yīng)重新進(jìn)展前兩步伐試，使之均滿足要求)；最后準(zhǔn)確丈量RP2、RP3電阻值，并用固定精細(xì)電阻予以替代。2.2電容式傳感器2.2.1電容式傳感器的原理及構(gòu)造由物理學(xué)可知，兩個(gè)平行金屬極板組成的電容，假設(shè)不思索其邊緣效應(yīng)，其電容值為1.變極距式電容傳感器如圖2-16a所示，變極距式電容傳感器的位移是由被丈量變化而產(chǎn)生的。C=A/ddA/d=A/dd/dd=C0d/dd2 11圖2-16變極距式電容傳感

14、器a)變極距式b)差動(dòng)變極距式1、3固定極板2可動(dòng)極板2.2電容式傳感器2.變面積式電容傳感器變面積式電容傳感器與變極距式相比，丈量范圍大，可丈量較大的線位移或角位移。C=A/dA/d=(AA)/d=A/d2 12圖2-17變面積式電容傳感器a)平板平移式b)半可調(diào)式c)筒式d)差動(dòng)筒式1、3固定極板2可動(dòng)極板3.變介電常數(shù)式電容傳感器當(dāng)兩極板間極間介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化時(shí)，電容量C也隨之改動(dòng)，2.2電容式傳感器這種傳感器大多用來丈量片狀資料的厚度、被測(cè)物位移、液面高度，還可根據(jù)極間介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量改動(dòng)而改動(dòng)來丈量溫度、濕度和容量等，如圖2-18所示。圖2-18變介電常數(shù)式電容

15、傳感器a)測(cè)厚度b)測(cè)位移c)測(cè)液位d)測(cè)容量2.2.2電容式傳感器的丈量電路2.2電容式傳感器電容式傳感器的電容值普通非常微小幾皮法至幾十皮法，這樣微小的電容不便直接顯示、記錄或傳輸，因此，需求借助丈量電路將其轉(zhuǎn)化為電壓、電流或頻率信號(hào)。電容式傳感器的丈量電路種類很多，下面引見一些常用的丈量電路。1.橋式電路圖2-19所示為橋式丈量轉(zhuǎn)換電路，其中圖2-19a為單臂接法的橋式丈量電路，1MHz左右的高頻電源經(jīng)變壓器接到電容橋的一條對(duì)角線上，電容C1、C2、C3、Cx構(gòu)成電橋的四臂，Cx為電容傳感器。當(dāng)Cx改動(dòng)時(shí)，o不為0，橋路有輸出電壓。在圖2 19b中，Cx1、Cx2為傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容，

16、電橋的空載輸出電壓為2.2電容式傳感器圖2-19電容式傳感器的橋式電路a)單臂接法b)差分接法2.運(yùn)算放大器式電路如圖2-20所示，Cx為傳感器電容，它跨接在高增益運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端之間。2.2電容式傳感器圖2-20運(yùn)算放大器式電路3.調(diào)頻電路調(diào)頻電路是將電容式傳感器作為L(zhǎng)C振蕩器諧振回路2.2電容式傳感器的一部分，或作為晶體振蕩器中石英晶體的負(fù)載電容。f=1/2(2 14)圖2-21LC振蕩器調(diào)頻電路框圖4.脈沖寬度調(diào)制電路脈沖寬度調(diào)制電路是經(jīng)過對(duì)傳感器電容進(jìn)展充放電，使電路輸出脈沖的寬度隨電容式傳感器的電容量而變化，再經(jīng)過低通濾波器得到對(duì)應(yīng)于被丈量變化的直流信號(hào)。2.2電容式傳感器

17、如圖2 22所示，脈沖寬度調(diào)制電路由電壓比較器、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及電容充放電回路組成，其中C1、C2為差動(dòng)電容式傳感器。經(jīng)分析推導(dǎo)，可得1.tif2.2電容式傳感器圖2-22脈沖寬度調(diào)制電路2.2.3電容式傳感器的運(yùn)用2.2電容式傳感器電容式傳感器可用來丈量直線位移、角位移、振動(dòng)振幅可丈量005m的微小振幅，尤其適宜丈量高頻振動(dòng)振幅、精細(xì)軸系回轉(zhuǎn)準(zhǔn)確度、加速度等機(jī)械量，還可用來丈量壓力、差壓、液位、料位、糧食中的水分含量、非金屬資料的涂層、油膜厚度、電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等。在自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)中也經(jīng)常用來作為位置信號(hào)發(fā)生器。下面簡(jiǎn)單引見幾種電容傳感器的運(yùn)用。1.電容式位移傳感器圖2-23所示為

18、一種變面積式位移傳感器的構(gòu)造表示圖，這種傳感器采用差動(dòng)方式，具有良好的線性度。圖2-23電容式位移傳感器1開槽簧片2測(cè)桿3活動(dòng)電極4固定電極2.2電容式傳感器2.差動(dòng)式電容壓力傳感器圖2-24所示為一種典型的差動(dòng)式電容壓力傳感器的構(gòu)造表示圖，傳感器中的金屬動(dòng)膜片與電鍍金屬上下外表構(gòu)成兩個(gè)可變電容。差動(dòng)式電容壓力傳感器比單極式的電容式傳感器靈敏度高、線性好，但加工較困難，不易實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)氣體或液體的密封，因此這種構(gòu)造的傳感器不宜任務(wù)在含腐蝕或其他雜質(zhì)的流體中。3.電容式加速度傳感器圖2-25所示為一種典型的電容式加速度傳感器的構(gòu)造表示圖。圖2-24差動(dòng)式電容壓力傳感器1墊圈2金屬動(dòng)膜片3玻璃4過濾

19、器5電鍍金屬外表層2.2電容式傳感器圖2-25電容式加速度傳感器1、5固定極板2殼體3彈簧片4質(zhì)量塊6絕緣體2.2電容式傳感器4.電容式料位傳感器圖2-26所示為用電容式傳感器丈量固體塊狀、顆粒體及粉狀物料位的原理圖。如圖2 26a所示，用金屬電極棒插入容器來丈量料位時(shí)，電容式料位傳感器的電容C與料位H的關(guān)系為5.電容式測(cè)厚儀如圖2-27所示為電容式測(cè)厚儀的任務(wù)原理圖，用于金屬帶材在軋制過程中的厚度丈量。圖2-26電容式料位傳感器a)電極棒測(cè)料位b)絕緣棒測(cè)料位1電極棒2、4容器壁3鋼絲繩5絕緣資料2.2電容式傳感器圖2-27電容式測(cè)厚儀1金屬帶材2電容極板3導(dǎo)向輪4軋輥2.2電容式傳感器6.

20、電容式油量表如圖2-28所示為電容式油量表的任務(wù)原理圖，用于丈量油箱中的油位。2.2電容式傳感器圖2-28電容式油量表1油箱2圓柱形電容器3伺服電動(dòng)機(jī)4減速箱5油量表2.2電容式傳感器2.2.4電容式傳感器的運(yùn)用本卷須知在運(yùn)用或制造電容式傳感器時(shí)，應(yīng)特別留意以下幾點(diǎn)：(1)擊穿電壓極板之間的空氣隙很小，存在介質(zhì)被擊穿的危險(xiǎn)，通常在兩極板間加云母片防止空氣隙被擊穿。(2)極板資料受溫度的影響由不同資料制造的傳感器，具有不同的溫度膨脹系數(shù)，為此在決議傳感器尺寸和選材時(shí)均要思索溫度影響。(3)銜接線問題電容式傳感器的電容值均很小，普通在皮法(10-12F)級(jí)，因此銜接線通常運(yùn)用分布電容極小的高頻電纜

21、。2.3電感式傳感器2.3.1自感式傳感器自感式傳感器的構(gòu)造如圖2 29所示，它主要由鐵心、線圈和銜鐵組成。任務(wù)時(shí)，銜鐵經(jīng)過測(cè)桿或轉(zhuǎn)軸與被測(cè)物體相接觸，被測(cè)物體的直線位移或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量的變化。這種傳感器的線圈匝數(shù)和資料的磁導(dǎo)率都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當(dāng)把線圈接入丈量電路并接通鼓勵(lì)電源時(shí)，就可獲得電壓或電流的變化。常用自感式傳感器有變隙式、變截面式和螺線管式三種。1.變隙式電感傳感器LA/2(2 17)2.3電感式傳感器圖2-29自感式傳感器a)變隙式b)變截面式c)螺線管式1線圈2鐵心3銜鐵4測(cè)桿5導(dǎo)軌6工件7轉(zhuǎn)軸2.3電感

22、式傳感器2.變截面式電感傳感器由式(2-17)可知，在線圈匝數(shù)N確定后，假設(shè)堅(jiān)持氣隙厚度不變，那么電感L是氣隙的有效截面積A的函數(shù)，所以稱這種傳感器為變截面式電感傳感器，如圖2-29b所示。對(duì)于變截面式電感傳感器，實(shí)際上電感量L與氣隙截面積A成正比，輸入與輸出成線性關(guān)系，靈敏度為常數(shù)。但是，由于漏感等緣由，變截面式電感傳感器在A=0時(shí)，仍有較大的電感，所以其線性區(qū)較小，靈敏度較低，在工業(yè)中用的不多。3.螺線管式電感傳感器單線圈螺線管式電感傳感器的構(gòu)造如圖2-29c所示。對(duì)于長(zhǎng)螺線管lr，當(dāng)銜鐵任務(wù)在螺線管的中部時(shí)，可以以為線圈內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度是均勻的，此時(shí)線圈電感量L與銜鐵插入深度l大致成正比。2.

23、3電感式傳感器4.差動(dòng)式電感傳感器上述三種電感式傳感器運(yùn)用時(shí)，由于線圈中通有交流勵(lì)磁電流，因此銜鐵一直接受電磁吸力，會(huì)引起振動(dòng)及附加誤差，而且非線性誤差較大；另外，外界的干擾如電源電壓、頻率的變化，溫度的變化都會(huì)使輸出產(chǎn)生誤差，所以在實(shí)踐任務(wù)中常采用差動(dòng)方式，既可以提高傳感器的靈敏度，又可以減小丈量誤差。差動(dòng)式電感傳感器構(gòu)造如圖2 30所示。兩個(gè)完全一樣的單個(gè)線圈的電感傳感器共用一根活動(dòng)銜鐵就構(gòu)成了差動(dòng)式電感傳感器。圖2-30差動(dòng)式電感傳感器a)變隙式差動(dòng)電感傳感器b)螺線管式差動(dòng)電感傳感器1差動(dòng)線圈2鐵心3銜鐵4測(cè)桿5工件2.3電感式傳感器圖2-31差動(dòng)式電感傳感器的特性曲線1線圈的特性曲線

24、2線圈的特性曲線3差動(dòng)式電感傳感器的特性曲線2.3電感式傳感器2.3.2差動(dòng)變壓器式傳感器1.任務(wù)原理差動(dòng)變壓器式傳感器是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為一次繞組與二次繞組間的互感量M的變化的安裝。2.3電感式傳感器圖2 32a為氣隙式差動(dòng)變壓器式傳感器的典型構(gòu)造。其中，1、2為兩個(gè)山字形固定鐵心，在其窗中各繞有兩個(gè)線圈，W1a及W1b為一次繞組，W2a及W2b為二次繞組,3為銜鐵。在被丈量沒有變化時(shí)，銜鐵3與鐵心1、2的間隔一樣，即a0=b0,那么繞組W1a和W2a間的互感系數(shù)Ma與繞組W1b和W2b間的互感系數(shù)Mb相等。圖2-32差動(dòng)變壓器式傳感器a)氣隙式b)截面式c)螺管式1、2鐵心3銜鐵2.3電感

25、式傳感器2.零點(diǎn)剩余電壓圖2-33差動(dòng)變壓器的輸出特性1理想特性2實(shí)踐特性2.3電感式傳感器1)差動(dòng)變壓器兩個(gè)二次繞組線圈的電氣參數(shù)、幾何尺寸或磁路參數(shù)不完全對(duì)稱。2)存在寄生參數(shù)，如線圈間的寄生電容、引線與外殼間的分布電容。3)電源電壓含有高次諧波。4)磁路的磁化曲線存在非線性。1)提高框架和線圈的對(duì)稱性。2)減少電源中諧波成分。3)正確選擇磁路資料，同時(shí)適當(dāng)減少線圈的勵(lì)磁電流，使銜鐵任務(wù)在磁化曲線的線性區(qū)。4)在線圈上并聯(lián)阻容移相網(wǎng)絡(luò)，補(bǔ)償相位誤差。2.3電感式傳感器5)采用差動(dòng)整流電路，可以使零點(diǎn)剩余電壓減小到可以忽略的程度。2.3.3電感式傳感器的丈量轉(zhuǎn)換電路1.丈量電橋電感式傳感器的

26、丈量轉(zhuǎn)換電路普通采用電橋電路。圖2-34電感式傳感器電橋電路a)電感電橋b)變壓器電橋2.3電感式傳感器2.差動(dòng)整流電路1)總有零點(diǎn)剩余電壓輸出，因此零位附近的小位移量丈量困難。2)交流電壓表無法判別銜鐵挪動(dòng)方向，為此常采用差動(dòng)整流電路來處理。圖2-35差動(dòng)整流電路a)全波電流輸出b)半波電流輸出c)全波電壓輸出d)半波電壓輸出2.3電感式傳感器2.3.4電感式傳感器的運(yùn)用電感式傳感器主要用于丈量位移與尺寸，也可以丈量可以轉(zhuǎn)換為位移變化的其他參數(shù)，如力、壓力、壓力差、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、流量等，下面簡(jiǎn)單引見一些電感式傳感器的運(yùn)用。1.差動(dòng)變壓器式位移傳感器圖2-36所示為差動(dòng)變壓器式位移傳感器的原理圖

27、，測(cè)頭經(jīng)過軸套和測(cè)桿銜接，銜鐵固定在測(cè)桿上，線圈架上繞有三組線圈，中間是一次繞組，兩端是二次繞組，它們經(jīng)過導(dǎo)線與丈量電路相接。2.差動(dòng)變壓器式力傳感器圖2-37所示為差動(dòng)變壓器式力傳感器的原理圖，它還可以運(yùn)用于壓力和壓力差等力學(xué)參數(shù)的丈量。2.3電感式傳感器圖2-36差動(dòng)變壓器式位移傳感器1引線2差動(dòng)線圈3銜鐵4測(cè)力彈簧5測(cè)桿6測(cè)頭端2.3電感式傳感器圖2-37差動(dòng)變壓器式力傳感器1上部2彈性元件3下部4鐵心5差動(dòng)變壓器線圈2.3電感式傳感器3.微壓傳感器圖2-38所示為微壓傳感器的原理圖。4.加速度傳感器圖2-39所示是一個(gè)運(yùn)用于加速度丈量中的差動(dòng)變壓器式傳感器。2.3電感式傳感器圖2-38

28、微壓傳感器1接頭2膜盒3底座4線路板5差動(dòng)線圈6銜鐵7罩殼8指示燈9安裝座2.3電感式傳感器圖2-39加速度傳感器1差動(dòng)變壓器2質(zhì)量塊(銜鐵)3彈簧片4殼體5.電感式圓度計(jì)圖2-40所示是丈量軸類工件圓度的表示圖。2.4電渦流式傳感器5.電感式圓度計(jì)圖2-40所示是丈量軸類工件圓度的表示圖。圖2-40電感式圓度計(jì)a)丈量安裝b)計(jì)算機(jī)處置過的結(jié)果1被測(cè)物2耐磨測(cè)端3電感測(cè)端2.4電渦流式傳感器2.4.1電渦流式傳感器的任務(wù)原理及構(gòu)造2.4.2電渦流式傳感器的丈量電路2.4.3電渦流式傳感器的運(yùn)用2.4.4電渦流式傳感器的運(yùn)用本卷須知2.4電渦流式傳感器圖2-41電渦流式傳感器的任務(wù)原理表示圖1

29、電渦流線圈2金屬導(dǎo)體2.4.1電渦流式傳感器的任務(wù)原理及構(gòu)造1.任務(wù)原理圖2-41是電渦流式傳感器的任務(wù)原理表示圖。電渦流i2在金屬導(dǎo)體的縱深方向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導(dǎo)體的外表，這稱為趨膚效應(yīng)。趨膚效應(yīng)與鼓勵(lì)源頻率f、工件的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等有關(guān)。頻率f越高，電渦流浸透的深度就越淺，趨膚效應(yīng)越嚴(yán)重。由于存在趨膚效應(yīng)，電渦流式傳感器只能檢測(cè)導(dǎo)體外表的各種參數(shù)。圖2-42CZF-1型電渦流式傳感器的構(gòu)造表示圖1線圈2框架3框架襯套4支座5電纜6插頭2.4.1電渦流式傳感器的任務(wù)原理及構(gòu)造2.電渦流式傳感器的構(gòu)造電渦流式傳感器的構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，主要是一個(gè)繞制在框架上的線圈，目前比較普遍運(yùn)用的

30、是矩形截面的扁平線圈。如圖2 42所示為CZF 1型電渦流式傳感器的構(gòu)造表示圖，它采用導(dǎo)線繞在框架上的方式，框架采用聚四氟乙烯。2.4.2電渦流式傳感器的丈量電路1.定頻調(diào)幅式電路原理框圖如圖2-43所示。1.tif圖2-43定頻調(diào)幅式的電路原理框圖2.變頻調(diào)幅式電路原理框圖如圖2-44所示，這種電路的根本原理是將傳感器線圈直接接入電容三點(diǎn)式振蕩回路。2.4.2電渦流式傳感器的丈量電路1.tif圖2-44變頻調(diào)幅式的電路原理框圖3.調(diào)頻式所謂調(diào)頻式就是將探頭線圈的電感L與微調(diào)電容C0構(gòu)成LC振蕩器，把振蕩器的頻率f作為輸出量，此頻率可以經(jīng)過f/V轉(zhuǎn)換器(又稱為鑒頻器)轉(zhuǎn)換成電壓，由表頭顯示。調(diào)

31、頻式丈量轉(zhuǎn)換電路的原理框圖如圖2 45所示。我們知道，并聯(lián)諧振回路的諧振頻率為2.4.2電渦流式傳感器的丈量電路1.tif圖2-45調(diào)頻式的電路原理框圖2.4.3電渦流式傳感器的運(yùn)用1)利用位移作為變換量，可以做成丈量位移、厚度、振幅、轉(zhuǎn)速等傳感器，也可以做成接近開關(guān)、計(jì)算器等。2)利用資料電阻率作為變換量，可以做成丈量溫度、資料判別等傳感器。3)利用磁導(dǎo)率作為變換量，可以做成丈量應(yīng)力、硬度等傳感器。4)利用變換量x、等的綜合影響，可以做成探傷安裝等。1.測(cè)位移電渦流式傳感器的主要用途之一是可用來丈量金屬件的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)位移，最大量程達(dá)數(shù)百毫米，分辨率可到達(dá)滿量程的0.1%。2.4.3電渦流式傳

32、感器的運(yùn)用圖2-46位移丈量表示圖a)機(jī)器轉(zhuǎn)軸的軸向振動(dòng)b)金屬資料的膨脹系數(shù)c)旋轉(zhuǎn)軸的徑向振動(dòng)d)機(jī)器軸的振動(dòng)外形1電渦流式傳感器2被測(cè)導(dǎo)體2.測(cè)厚度用電渦流式傳感器可以丈量金屬資料厚度、塑料外表金屬鍍層的厚度以及印制電路板銅箔的厚度等。2.4.3電渦流式傳感器的運(yùn)用圖2-47厚度丈量表示圖3.測(cè)轉(zhuǎn)速在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上開一條或數(shù)條槽或做成齒狀，2.4.3電渦流式傳感器的運(yùn)用旁邊安裝一個(gè)電渦流式傳感器，如圖2-48所示。n=60f/Z(2 23)4.測(cè)溫度1=01+(t1t0)(2 24)1.tif2.4.3電渦流式傳感器的運(yùn)用圖2-48轉(zhuǎn)速丈量表示圖a)凹槽轉(zhuǎn)軸及輸出波形b)齒狀轉(zhuǎn)軸及輸出波形

33、1電渦流式傳感器2被測(cè)導(dǎo)體2.4.3電渦流式傳感器的運(yùn)用圖2-49溫度丈量傳感器1補(bǔ)償線圈2管架3丈量線圈4隔熱襯墊5溫度敏感元件2.4.3電渦流式傳感器的運(yùn)用5.外表探傷利用電渦流式傳感器可以檢查金屬外表(已涂防銹漆)的裂紋以及焊接處的缺陷等。探頭對(duì)被測(cè)金屬外表逐點(diǎn)掃描，得到輸出信號(hào)。當(dāng)被測(cè)金屬外表存在裂痕時(shí)，電渦流所走的路程大為添加，所以電渦流忽然減小，輸出波形如圖2 50a中的“尖峰所示；對(duì)于比較淺的裂痕信號(hào)，需經(jīng)過濾波器、幅值甄別電路對(duì)信號(hào)進(jìn)展處置，抑制掉干擾信號(hào)，如圖2 50b所示。1.tif2.4.3電渦流式傳感器的運(yùn)用2Z50.TIF圖2-50渦流探傷的測(cè)試信號(hào)a)未處置的信號(hào)b

34、)處置后的信號(hào)6.接近開關(guān)電渦流式傳感器可制成接近開關(guān)的感辨頭，區(qū)分金屬導(dǎo)體的接近，可用于消費(fèi)線的工件定位、消費(fèi)零件的計(jì)數(shù)或產(chǎn)品的合格檢驗(yàn)等，如圖2-51所示。2.4.3電渦流式傳感器的運(yùn)用圖2-51接近開關(guān)的表示圖a)消費(fèi)線的工件定位b)消費(fèi)零件的計(jì)數(shù)c)產(chǎn)品的合格檢驗(yàn)2.4.4電渦流式傳感器的運(yùn)用本卷須知1.電渦流軸向貫穿深度的影響電渦流在金屬導(dǎo)體中的軸向分布是按指數(shù)規(guī)律衰減的。導(dǎo)體資料確定后，可以經(jīng)過改動(dòng)勵(lì)磁電源頻率來改動(dòng)軸向貫穿深度，電阻率大的資料應(yīng)選取較高的勵(lì)磁頻率，電阻率小的資料應(yīng)選用較低的勵(lì)磁頻率。2.電渦流的徑向構(gòu)成范圍在線圈軸線附近，電渦流的密度非常小，愈接近線圈的外徑處，電渦流的密度愈大。3.電渦流強(qiáng)度與間隔的關(guān)系電渦流強(qiáng)度隨著間隔與線圈外徑比值的添加而減少，當(dāng)線圈與導(dǎo)體之間的間隔大于線圈半徑時(shí)，電渦流強(qiáng)度曾經(jīng)很微弱。2.4.4電渦流式傳感器的運(yùn)用本卷須知4.非被測(cè)金屬物的影響由于任何金屬物體接近高頻交流線圈時(shí)都會(huì)產(chǎn)生電渦流，為了保證丈量準(zhǔn)確度，丈量時(shí)應(yīng)制止其他金屬物體接近傳感器線圈。