第四章傳感器課件.ppt

1、第4章電感式傳感器,4.1自感式傳感器 4.2差動(dòng)變壓器式（互感式）傳感器 4.3電渦流式傳感器 4.4電感式傳感器的應(yīng)用 本章小結(jié) 習(xí)題 實(shí)驗(yàn)、 實(shí)訓(xùn)建議,4.1 自感式傳感器自感式傳感器又稱為變磁阻式。 結(jié)構(gòu)由線圈、 鐵芯、 銜鐵三部分組成， 如圖4-1所示。 鐵芯和銜鐵之間有氣隙， 氣隙厚度為， 傳感器運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連， 銜鐵移動(dòng)時(shí)發(fā)生變化， 引起磁路的磁阻Rw變化， 使電感線圈的電感值變化。 因此， 只要測(cè)出這種電感量的變化， 就能確定銜鐵位移量的大小和方向。,圖4-1 變磁阻式傳感器,根據(jù)磁路知識(shí)， 線圈自感量可按下式計(jì)算：,（4-1,式中, W為線圈匝數(shù)； 0為空氣的導(dǎo)磁率； A

2、為氣隙的截面積； 為氣隙厚度。 由式（4-1）可見， 自感L是氣隙截面積A和氣隙厚度的函數(shù)， 因此變磁阻式傳感器又可分為變氣隙厚度的傳感器（變氣隙型）和變氣隙面積A的傳感器（截面型）。,4.1.1 變氣隙型電感式傳感器由式（4-1）可知L與之間是非線性關(guān)系， 特性曲線如圖4-2所示。 設(shè)電感式傳感器初始?xì)庀稙?， 初始電感量為L0， 銜鐵位移引起的氣隙變化量為， 當(dāng)銜鐵處于初始位置時(shí)， 初始電感量為,（4-2）,圖4-2 變氣隙型傳感器的L-特性,當(dāng)銜鐵上移時(shí)， 傳感器氣隙減小，即=0， 則此時(shí)輸出電感為L=L0+L， 代入式（4-1）并整理， 得,（4-3）,當(dāng)時(shí)， 可得靈敏度為,（4-4）

3、,差動(dòng)變氣隙型電感式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。 它由兩個(gè)相同的電感線圈的磁路組成。 測(cè)量時(shí)， 銜鐵與被測(cè)物體相連， 當(dāng)被測(cè)物體上下移動(dòng)時(shí)， 帶動(dòng)銜鐵以相同的位移上下移動(dòng)， 兩個(gè)磁回路的磁阻發(fā)生大小相等、 方向相反的變化， 一個(gè)線圈的電感量增加， 另一個(gè)線圈的電感量減小， 形成差動(dòng)形式。,圖 4-3 差動(dòng)變氣隙型電感式傳感器結(jié)構(gòu),將兩個(gè)電感線圈接入交流電橋的相鄰橋臂， 另兩個(gè)橋臂由電阻組成， 電橋的輸出電壓與電感變化量L有關(guān), 可得靈敏度為,（4-5）,k0=,比較單線圈和差動(dòng)兩種變氣隙型電感式傳感器的特性可知： （1） 差動(dòng)型比單線圈的靈敏度提高一倍。（2） 差動(dòng)型的線性度好。（3） 差動(dòng)式

4、的兩個(gè)電感結(jié)構(gòu)可抵消溫度、 噪聲干擾的影響。,4.1.2 截面型電感式傳感器截面型電感式傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-4所示， 由圖可以看出線圈的電感量為L=0AW2/（2）。傳感器工作狀態(tài)下， 當(dāng)氣隙厚度保持不變， 而鐵芯與銜鐵之間的相對(duì)面積因被測(cè)量的變化而改變時(shí)， 將導(dǎo)致電感量的變化。 由式（4-1）可知， L與A之間是線性關(guān)系。,圖4-4 截面型電感式傳感器,4.1.3 測(cè)量電路（1） 交流電橋。 交流電橋測(cè)量電路如圖4-5所示。Z1=Z2=Z=R+jL，以及R1=R2=R。由于電橋工作臂是差分形式， 因此， 當(dāng)銜鐵上移工作時(shí)， Z1=Z+Z，Z2=ZZ，電橋的輸出電壓為,(4-6),圖4-

5、5 交流電,當(dāng)LR時(shí)， 式(4-6)可寫為,（4-7）,當(dāng)銜鐵向下移動(dòng)時(shí)， 有,（4-8）,由式（4-7）、 式（4-8）可以看出， 銜鐵上移和下移時(shí)， 輸出電壓相位相反， 交流電橋的輸出電壓與傳感器線圈電感的相對(duì)變化量是成正比的。,（2） 變壓器式交流電橋。如圖4-6所示， 電橋的兩臂是傳感器線圈阻抗臂Z1、 Z2， 另外兩個(gè)臂是交流變壓器次級(jí)線圈阻抗的一半， 交流供電。 當(dāng)負(fù)載無窮大時(shí)， 橋路輸出電壓為,（4-9）,圖 4-6 變壓器式交流電橋,當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)， Z1=Z2=Z， o=0； 當(dāng)銜鐵向上偏移時(shí)， Z1=Z+Z， Z2=ZZ， 輸出電壓為,（4-10）,當(dāng)銜鐵向下偏移時(shí)，

6、 有,（4-11）,4.2 差動(dòng)變壓器式（互感式）傳感器4.2.1 差動(dòng)變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理差動(dòng)變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)形式有變氣隙型、 截面型和螺管型等， 它們的工作原理基本一樣。 應(yīng)用最多的是螺管型差動(dòng)變壓器式傳感器。 它可測(cè)量1100 mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移， 并具有測(cè)量精度高、 靈敏度高、 結(jié)構(gòu)簡單、 性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。,螺管型差動(dòng)變壓器式傳感器的線圈排列根據(jù)初、 次級(jí)排列不同有二節(jié)式、 三節(jié)式、 四節(jié)式和五節(jié)式等形式， 如圖4-7所示。 三節(jié)式的零點(diǎn)電位較小， 二節(jié)式比三節(jié)式靈敏度高、 線性范圍大， 四節(jié)式和五節(jié)式可改善傳感器的線性度。,圖4-7 差動(dòng)變壓器式傳感器線圈的各種排列形

7、式 (a) 二節(jié)式； （b） 三節(jié)式； （c） 四節(jié)式； （d） 五節(jié)式,在理想情況下， 差動(dòng)變壓器式傳感器的等效電路如圖4-8所示。,圖4-8 螺管型差動(dòng)變壓器式傳感器的等效電路,當(dāng)次級(jí)開路時(shí)， 有,式中：為激勵(lì)電壓Ui的角頻率； Ui為初級(jí)線圈激勵(lì)電壓； I1為初級(jí)線圈激勵(lì)電流； r1、 L1為初級(jí)線圈直流電流電阻和電感。 ,次級(jí)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為,由于次級(jí)繞組方向串聯(lián)， 因而差動(dòng)變壓器的輸出電壓為,（4-12）,輸出電壓的有效值為,（4-13）,4.2.2 差動(dòng)變壓器式傳感器的輸出特性1. 輸出特性曲線與零點(diǎn)殘余電壓差動(dòng)變壓器式傳感器的輸出特性曲線如圖4-9所示。 圖中， x為銜鐵偏離中

8、心位置的距離； Uo為差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)， 其中實(shí)線部分表示實(shí)際的輸出特性， 而虛線表示理想的輸出特性； Uz零點(diǎn)殘余電壓。,圖4-9 差動(dòng)變壓器式傳感器的輸出特性,當(dāng)差動(dòng)變壓器式傳感器的銜鐵處于中間位置時(shí)， 理想條件下其輸出電壓為零。 但實(shí)際上， 當(dāng)采用橋式電路時(shí)， 在零點(diǎn)仍有一個(gè)微小的電壓值Uz存在， 稱為零點(diǎn)殘余電壓。 零點(diǎn)殘余電壓造成零點(diǎn)附近的不靈敏區(qū)， 給測(cè)量帶來誤差。 若零點(diǎn)殘余電壓輸入放大器內(nèi)， 會(huì)使放大器末級(jí)趨向飽和， 影響電路的正常工作。 因此， 零點(diǎn)殘余電壓的大小是衡量差動(dòng)變壓器性能好壞的重要指標(biāo)。,2. 零點(diǎn)殘余電壓的產(chǎn)生原因（1） 差動(dòng)的兩個(gè)線圈的電氣參數(shù)及導(dǎo)磁體的集合尺寸

9、不可能完全對(duì)稱。（2） 線圈的分布電容不對(duì)稱。（3） 電源電壓中含有高次諧波。 （4） 傳感器工作在磁化曲線的非線性段。,3. 減小零點(diǎn)殘余電壓的方法（1） 盡可能保證傳感器幾何尺寸、 線圈電氣參數(shù)和磁路的對(duì)稱。 為了保證線圈的對(duì)稱性， 首先要求提高加工精度， 線圈選配成對(duì)， 采用磁路可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)； 其次應(yīng)選高磁導(dǎo)率、 低剩磁感應(yīng)的導(dǎo)磁材料， 并應(yīng)經(jīng)過熱處理， 消除殘余應(yīng)力， 以提高磁性能的均勻性和穩(wěn)定性。,（2） 選用合適的測(cè)量電路。 例如采用相敏檢波電路， 既可判別銜鐵移動(dòng)方向，又可改善輸出特性， 從而減小零點(diǎn)殘余電壓。 （3） 采用補(bǔ)償線路減小零點(diǎn)殘余電壓。 圖4-10是幾種減小零點(diǎn)殘余電

10、壓的補(bǔ)償電路。 在差動(dòng)變壓器次級(jí)繞組側(cè)串、 并聯(lián)適當(dāng)數(shù)值的電阻、 電容元件， 當(dāng)調(diào)整這些元件時(shí)， 可使零點(diǎn)殘余電壓減小。 圖4-10（a）在次級(jí)繞組側(cè)并聯(lián)電容。,由于兩個(gè)次級(jí)線圈的感應(yīng)電壓相位不同， 并聯(lián)電容可改變繞組的相位， 并聯(lián)電阻起分流作用， 使流入傳感器線圈的電流發(fā)生變化， 從而改變磁化曲線的工作點(diǎn)， 減小高次諧波所產(chǎn)生的殘余電壓。 圖4-10（b）中的串聯(lián)電阻用來調(diào)整次級(jí)線圈的電阻分量。 圖4-10（c）在次級(jí)繞組側(cè)并聯(lián)電位器， 用于電氣調(diào)零， 改變兩個(gè)次級(jí)線圈輸出電壓的相位。 電容C可防止調(diào)整電位器時(shí)使零點(diǎn)移動(dòng)。 圖4-10（d）中接入補(bǔ)償線圈L， 以避免負(fù)載不是純電阻而引起較大的

11、零點(diǎn)殘余電壓。,圖 4-10 減小零點(diǎn)殘余電壓電路,4.2.3 差動(dòng)變壓器式傳感器的測(cè)量電路1. 差動(dòng)整流電路 差動(dòng)整流電路是根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦栽磉M(jìn)行解調(diào)的。 它把兩個(gè)次級(jí)電壓分別整流， 然后將整流后的電壓或電流的差值作為輸出。,圖4-11所示為電壓輸出型全波差動(dòng)整流電路。 若傳感器的一個(gè)次級(jí)線圈的輸出瞬時(shí)電壓極性在e點(diǎn)為“+”， f點(diǎn)為“”, 則電流路徑是eacdbf； 如e點(diǎn)為“-”， f點(diǎn)為“+”，則電流路徑是fbcdae。 可見， 無論次級(jí)線圈的輸出瞬時(shí)電壓極性如何， 通過電阻R1上的電流總是從c到d。 同理， 分析另一個(gè)次級(jí)線圈的輸出情況可知， 通過電阻R2上的電流總是從g到h

12、。,所以， 無論次級(jí)線圈的輸出瞬時(shí)電壓極性如何， 整流電路的輸出電壓Uo始終等于R1、 R2兩個(gè)電阻上的電壓差， 即Uo=Udc+Ugh=UdcUhg整流電路輸出的電壓波形如圖4-12所示。 當(dāng)鐵芯在零點(diǎn)時(shí)， 輸出電壓Uo=0； 當(dāng)鐵芯在零位以上或零位以下時(shí)， 輸出電壓的極性相反， 零點(diǎn)殘余電壓自動(dòng)消除。,圖 4-12 全波差動(dòng)整流電路電壓波形,2. 二極管相敏檢波電路相敏檢波電路要求比較電壓與差動(dòng)變壓器次級(jí)側(cè)輸出電壓的頻率相同， 相位相同或相反。 另外還要求比較電壓的幅值盡可能大， 一般情況下， 其幅值應(yīng)為信號(hào)電壓的35倍。 圖4-13（a）是差動(dòng)相敏檢波電路的一種形式。 VD1、 VD2、

13、 VD3、 VD4為四個(gè)性能完全相同的二極管， 以同一個(gè)方向串聯(lián)成一個(gè)閉合回路， R為限流電阻， 避免二極管導(dǎo)通時(shí)變壓器T2的次級(jí)電流過大。,差動(dòng)變壓器輸出的調(diào)幅波電壓U1通過變壓器T1加到環(huán)形電橋的一個(gè)對(duì)角線； 參考電壓U2通過變壓器T2加到環(huán)形電橋的另一個(gè)對(duì)角線， U2和U1的頻率相同（要求U2、 U1在正位移時(shí)， 同頻同相； 在負(fù)位移時(shí)， 同頻反相）， 且U2U1； RL為負(fù)載電阻， 輸出電壓UL從變壓器T1和T2的中心抽頭引出。,圖4-13 二極管相敏檢波電路和波形 (a) U1=0； (b) U10, U1與U2同相位； (c) U1、 U2同相位時(shí)的波形,下面分析相敏檢波電路的工作

14、原理。 （1） 當(dāng)銜鐵在中間位置時(shí)， 傳感器輸出電壓U1=0。 如圖4-13（a）所示, 由于U2的作用， 在正半周時(shí)， 電流i4自u(píng)1的正極出發(fā)， 流過VD4， 再經(jīng)過變壓器T1的下部線圈， 自左向右經(jīng)過負(fù)載電阻RL（規(guī)定該方向?yàn)檎较颍┖蠡氐絬1的負(fù)極。 i4的大小為,電流i3自U2的正極出發(fā)， 自右向左經(jīng)過負(fù)載電阻RL， 經(jīng)過變壓器T1的下部線圈， 再流過VD3， 然后回到u2。 i3的大小為,因?yàn)槭菑闹行某轭^， 所以u(píng)1=u2， 故i3=i4。 流過RL的電流為兩個(gè)電流的代數(shù)和， 即io=i4i3=0。,在負(fù)半周時(shí)， 電流i1自u(píng)2的正極出發(fā)， 流過VD1， 再經(jīng)過變壓器T1的上部線圈

15、， 自左向右經(jīng)過負(fù)載電阻RL（方向?yàn)檎┖蠡氐絬2的負(fù)極； 電流i3自u(píng)1的正極出發(fā)， 自右向左經(jīng)過負(fù)載電阻RL和變壓器T1的上部線圈， 再流過VD2， 然后回到u1的負(fù)極。,同理可知i1=i2， 電流輸出也為零。,（2） 當(dāng)銜鐵在零位以上移動(dòng)時(shí)， U1與U2同頻同相。 如圖4-13（b）所示， 在正半周時(shí)由于U2U1， 電流i4的流向與U1=0時(shí)完全相同，只是回路中多了一個(gè)與u1同向串聯(lián)的電壓e2， 所以,負(fù)半周時(shí)， 電流i1的流向與U1=0時(shí)完全相同， 只是回路中多了一個(gè)與u2同向串聯(lián)的電壓e1， 所以電流i2的流向與U1=0時(shí)也一樣， 只是回路中多了一個(gè)與u1反向串聯(lián)的電壓e1，所以,（

16、3） 當(dāng)銜鐵在零位以下移動(dòng)時(shí)， U1與U2同頻反相。 在U2為正半周， U1為負(fù)半周時(shí)， 由于U2U1， 電流i4的流向與上移時(shí)相同， 只是回路中u1與e2是反向串聯(lián)的， 所以 電流i3的流向與上移時(shí)也一樣， 只是回路中u2與e2是同向串聯(lián)的， 所以,綜上所述， 經(jīng)過相敏檢波電路后， 正位移輸出正電壓， 負(fù)位移輸出負(fù)電壓。 電壓值的大小表明位移的大小， 電壓的正負(fù)表明位移的方向。 因此， 差動(dòng)變壓器的輸出經(jīng)過相敏檢波以后， 特性曲線由圖4-14（a）變成4-14（b）， 可見殘余電壓自動(dòng)消失。,圖4-14 相敏檢波前后的輸出特性曲線 (a) 經(jīng)過相敏檢波前； (b) 經(jīng)過相敏檢波后,4.3 電

17、渦流式傳感器電渦流式傳感器是根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器。 電渦流效應(yīng)是指： 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律， 塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)， 通過導(dǎo)體的磁通將會(huì)發(fā)生變化， 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電流， 并形成閉合曲線， 形狀似水中的渦流， 通常稱為電渦流。 所以要形成電渦流必須具備兩個(gè)條件： 存在交變磁場(chǎng)； 導(dǎo)電體處于交變磁場(chǎng)之中。,4.3.1 電渦流式傳感器的基本原理電渦流式傳感器的原理如圖4-15所示。 它由傳感器激勵(lì)線圈和被測(cè)金屬體組成。 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律， 當(dāng)傳感器激勵(lì)線圈中通以正弦交變電流時(shí)， 線圈周圍將發(fā)生正弦交變磁場(chǎng)， 使位于該磁場(chǎng)中的金屬

18、導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流， 該感應(yīng)電流又產(chǎn)生新的交變磁場(chǎng)。,圖 4-15 電渦流式傳感器的原理,新的交變磁場(chǎng)的作用是為了反抗原磁場(chǎng)， 這就導(dǎo)致傳感器線圈的等效阻抗發(fā)生變化。 傳感器線圈受電渦流影響時(shí)的等效阻抗為Z=F（， ， r, f, x) (4-14)式中： 為被測(cè)體的電阻率; 為被測(cè)體的磁導(dǎo)率； r為線圈與被測(cè)體的尺寸因子； f為線圈中激勵(lì)磁電流的頻率； 觸 x為線圈與導(dǎo)體間的距離。,由此可見， 線圈阻抗的變化完全取決于被測(cè)金屬導(dǎo)體的電渦流效應(yīng)， 分別與以上因素有關(guān)。如果只改變式（4-14）中的一個(gè)參數(shù)， 保持其他參數(shù)不變， 傳感器線圈的阻抗Z就只與該參數(shù)有關(guān)， 如果測(cè)出傳感器線圈阻抗的變化，

19、就可確定該參數(shù)。 實(shí)際應(yīng)用時(shí)通常改變線圈與導(dǎo)體的距離， 而保持其他參數(shù)不變。,4.3.2 電渦流式傳感器的種類1. 高頻反射式電渦流式傳感器 高頻反射式電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)簡單， 主要部件是一個(gè)固定在框架上的扁平線圈， 線圈可以粘貼在框架的端部， 也可以繞在框架端部的槽內(nèi)。 圖4-16為一個(gè)高頻反射式電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。,圖 4-16 高頻反射式電渦流傳感器,傳感器線圈與被測(cè)金屬導(dǎo)體間是磁性耦合， 電渦流傳感器是利用這種耦合程度的變化來進(jìn)行測(cè)量的。 為了充分有效地利用電渦流效應(yīng)， 對(duì)于平板型的被測(cè)導(dǎo)體則要求其半徑應(yīng)大于線圈半徑的1.8倍， 否則靈敏度要降低。 當(dāng)被測(cè)導(dǎo)體是圓柱時(shí)， 其直徑

20、必須為線圈直徑的3.5倍以上，靈敏度才不受影響。,2. 低頻透射式電渦流式傳感器 低頻透射式電渦流式傳感器采用低頻激勵(lì)， 因而有較大的貫穿深度， 適合于測(cè)量金屬材料的厚度。 圖4-17為這種傳感器的工作原理圖。 傳感器有發(fā)射線圈L1和接收線圈L2，L1和L2分別位于被測(cè)材料的兩側(cè)， 由振蕩器產(chǎn)生的低頻電壓u1加到發(fā)射線圈L1兩端， 接收線圈L2兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓u2， u2的大小與u1的幅值、 頻率以及兩個(gè)線圈的匝數(shù)、 結(jié)構(gòu)及兩者的相對(duì)位置有關(guān)。,圖4-17 低頻透射式電渦流式傳感器,若兩個(gè)線圈間無金屬導(dǎo)體， 則L1的磁通能較多地穿過L2， 在L2上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓u2最大。如果在兩個(gè)線圈之間放置

21、一塊金屬板， 由于在金屬板內(nèi)產(chǎn)生電渦流， 消耗了一部分磁場(chǎng)能量， 使到達(dá)接收線圈L2的磁通量減少， 從而引起u2下降。 而且， 金屬板的厚度越大， 電渦流損耗越大， u2就越小。 可見u2的大小可以反映出金屬板的厚度。,一般地說， 測(cè)量金屬板時(shí)， 頻率應(yīng)略高些， 測(cè)厚金屬板時(shí)， 頻率應(yīng)低些。 在測(cè)量電阻率較小的材料時(shí)， 應(yīng)選較低的頻率（如500 Hz）， 測(cè)量較大的材料時(shí)， 應(yīng)選用較高的頻率（如2 kHz）， 從而保證在測(cè)量不同材料時(shí)能得到較好的線性和靈敏度。,4.4 電感式傳感器的應(yīng)用4.4.1 壓力測(cè)量變氣隙型電感式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4-18所示。 它由線圈、 鐵芯、 銜鐵、 膜盒組成，

22、 銜鐵與膜盒上部粘貼在一起。,圖 4-18 測(cè)氣體壓力的電感式傳感器結(jié)構(gòu),當(dāng)壓力進(jìn)入膜盒時(shí)， 膜盒的頂端在壓力p的作用下產(chǎn)生與壓力p大小成正比的位移。 于是銜鐵也發(fā)生位移， 使氣隙發(fā)生變化， 流過線圈的電流也發(fā)生相應(yīng)的變化，電流表指示值將反映被測(cè)壓力的大小。 圖4-19為運(yùn)用差動(dòng)變氣隙式電感式壓力傳感器構(gòu)成的變壓器式交流電橋測(cè)量電路。它主要由C形彈簧管、 銜鐵、 鐵芯、 線圈組成。,圖 4-19 差動(dòng)變氣隙型電感式壓力傳感器構(gòu)成的變壓器式交流電橋測(cè)量電路,變壓器式交流電橋的工作原理如下： 當(dāng)被測(cè)壓力進(jìn)入C形彈簧管時(shí)， 使其發(fā)生變形， 其自由端發(fā)生位移， 帶動(dòng)與之相連的銜鐵運(yùn)動(dòng)， 使線圈1和線圈

23、2中的電感發(fā)生大小相等、 符號(hào)相反的變化。 電感的變化通過電橋轉(zhuǎn)換成電壓輸出， 只要檢測(cè)出輸出電壓， 就可確定被測(cè)壓力的大小。,4.4.2 位移測(cè)量圖4-20是軸向式電感測(cè)微器的結(jié)構(gòu)圖。 測(cè)量時(shí)紅寶石（或鎢鋼）測(cè)端10接觸被測(cè)物，被測(cè)物尺寸的微小變化使銜鐵3在差動(dòng)線圈中產(chǎn)生位移， 造成差動(dòng)線圈電感量的變化。 次電感變化通過電纜接到電橋， 電橋的電壓輸出反映了被測(cè)體尺寸的變化。,圖4-20 軸向式電感測(cè)微器,4.4.3 電感式圓度計(jì)圖4-21是測(cè)量軸類工件圓度的示意圖。 電感測(cè)頭圍繞工件緩慢旋轉(zhuǎn)， 也可讓測(cè)頭固定不動(dòng)， 工件繞軸心旋轉(zhuǎn)， 耐磨測(cè)端（多為鎢鋼或紅寶石）與工件接觸， 通過杠桿將工件不

24、圓度引起的位移傳遞給電感測(cè)頭中的銜鐵， 從而使差動(dòng)電感有相應(yīng)的輸出。 信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后給出圖4-20（b）所示的圖形。 該圖形按一定的比例放大工件的圓度， 以便用戶分析測(cè)量結(jié)果。,圖4-21 圓度的測(cè)量 (a) 測(cè)量裝置； (b) 計(jì)算機(jī)處理過的結(jié)果,本 章 小 結(jié)1. 自感式傳感器。 自感式傳感器主要有兩種類型： 變隙式和螺線管式， 每一種又分為單線圈式和差動(dòng)式。 當(dāng)銜鐵帶動(dòng)被測(cè)體產(chǎn)生位移x時(shí)， 引起線圈自感的變化， 通過轉(zhuǎn)換測(cè)量電路將自感變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化， 根據(jù)所測(cè)量的電壓或電流的大小與極性來確定被測(cè)物理量的大小及方向， 這就是自感式傳感器的工作原理。,自感式傳感器的測(cè)量電路有

25、變壓器式交流電橋和帶相敏檢波的交流電橋。 變壓器式交流電橋中用變壓器的兩個(gè)副邊繞組作為電橋的兩個(gè)橋臂， 電橋的另兩個(gè)橋臂由傳感器兩個(gè)差動(dòng)線圈的阻抗構(gòu)成。 這種測(cè)量電路結(jié)構(gòu)簡單、 易于調(diào)整， 但電橋輸出電壓不能夠反映和判別差動(dòng)線圈中銜鐵移動(dòng)的方向， 而帶相敏檢波的交流電橋能很好地解決這一問題。,2. 差動(dòng)變壓器式傳感器。 差動(dòng)變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)類型很多， 較為常用的是螺線管式差動(dòng)變壓器， 當(dāng)鐵芯位于平衡位置時(shí)， 次級(jí)線圈的輸出電壓Uo=0； 當(dāng)鐵芯上移或下移時(shí)， Uo0， 根據(jù)檢測(cè)的Uo大小， 即可反映出被測(cè)位移的大小。,差動(dòng)變壓器式傳感器判別被測(cè)量的方向由其測(cè)量電路完成， 測(cè)量電路大多采用差

26、動(dòng)相敏檢波電路和差動(dòng)整流電路。 差動(dòng)相敏檢波電路不僅可以檢測(cè)出位移的大小， 還能檢測(cè)位移的方向， 并且能較好地消除零點(diǎn)殘余電壓。 差動(dòng)整流電路是先把差動(dòng)變壓器兩個(gè)次級(jí)線圈的互感電動(dòng)勢(shì)分別整流， 再將整流后的電量差動(dòng)輸出。,3. 電渦流式傳感器。 激磁線圈和框架組成傳感器的自身結(jié)構(gòu)， 它與被測(cè)體構(gòu)成一個(gè)完整的測(cè)量系統(tǒng)， 簡稱線圈-導(dǎo)體系統(tǒng)。 激磁線圈通以交變電流， 周圍便形成交變磁場(chǎng)， 導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電渦流， 電渦流磁場(chǎng)反抗原磁場(chǎng)， 引起線圈等效阻抗Z發(fā)生變化， 其表達(dá)式為Z=F(, , r, f, x)。,若只改變上式其中一個(gè)參量（其他參量為常數(shù)）， 即可建立與Z參量的單值關(guān)系， 測(cè)量Z值即可求得該參量。 電渦流式傳感器的轉(zhuǎn)換