电感式传感器

1、 电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量（自感或互感）的一种装置。转化为电感量（自感或互感）的一种装置。 可用来测位移、压力、振动等多种非电量，既可用可用来测位移、压力、振动等多种非电量，既可用于静态测量，又可用于动态测量。于静态测量，又可用于动态测量。电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感型互感型第三章第三章 电感式传感器电感式传感器a) 可变导磁面积型b）差动型c）单螺管线圈型d）双螺管线圈差动0l3-1 3-1 自感式传感器自感式传感器a) 气隙型 b) 截面型 c) 螺管型( xLU I位移

2、、流量、振动）（自感）（ ）变间隙式、变面积式和螺管式。变间隙式、变面积式和螺管式。一、自感式传感器的工作原理一、自感式传感器的工作原理121nmmiinmiiINULRIININIRRNLR 线圈通以有效值为 的交流电，产生磁通为 ，线圈匝数为N。则（类似）由磁路欧姆定律螺管式电感传感器建立在磁路磁阻随着衔铁插入深度螺管式电感传感器建立在磁路磁阻随着衔铁插入深度不同而变化的基础上。不同而变化的基础上。LRxnimi1,LfS 2LfS 1Lf变气隙型传感器变气隙型传感器变截面型传感器变截面型传感器 331211112200001112222231211122002,2()imiiii imi

3、illlRsSSSSlSlSNNLllRSSS总磁阻分别为气隙的磁导率、气隙和截面积。分别为铁心的磁导率、长度和截面积。分别为衔铁的磁导率、长度和截面积。 铁心的结构和材料确定后，自感是气隙厚度和铁心的结构和材料确定后，自感是气隙厚度和气隙截面积的函数。气隙截面积的函数。1. 1. 变气隙式自感传感器变气隙式自感传感器 002221112sslslRm气隙的磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻气隙的磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻 002sRm220 02mNsNLR磁路总的磁阻为磁路总的磁阻为 线圈的电感为线圈的电感为 变间隙式电感传感器变间隙式电感传感器L-特性特性 （1）当衔铁上移）当衔铁上移时时, 传

4、感器气隙减小传感器气隙减小, 即即=0, 则此时输出电感为则此时输出电感为L = L0+L, 当/ 1时, 可将上式用泰勒级数展开.)()()(1 3020000LLLL20 000002()1NsLLLL .)()(1 20000LL.)()(1 20000LL （2）当衔铁下移当衔铁下移时时, 传感器气隙增大传感器气隙增大, 即即=0, 则此时输出电感为则此时输出电感为L = L0L。.)()(1 20000LL.)()(1 20000LL00LL0001LLKp 差动变隙式电感传感器差动变隙式电感传感器 1-1-铁芯；铁芯；2-2-线圈；线圈；3-3-衔铁衔铁当衔铁向上移动时，两个线圈的

5、电感变化量当衔铁向上移动时，两个线圈的电感变化量L L1 1、L L2 2 .)()()(1 302000101LLLL衔铁上移42002130200020212.)()()(1 LLLLLLLL差动输出000022LLLLK0202. 2. 变面积式自感传感器变面积式自感传感器 22000/rrNNLsK sllllss KdsdLk0灵敏度灵敏度2rl1气隙 不变，输入与输出呈线性关系，得到较大的线性范围，输入与输出呈线性关系，得到较大的线性范围，灵敏度较低。灵敏度较低。3. 3. 螺线管式自感传感器螺线管式自感传感器1-1-螺线管线圈螺线管线圈；2-2-螺线管线圈螺线管线圈；3-3-骨架

6、；骨架；4-4-活动铁芯活动铁芯 22200102011ccrrNrlLLLlrlL L1010，L L2020分别为线圈分别为线圈、的初始电感值的初始电感值220122r cNrkkl 220010202r ccNr lLLLl1r22200102011ccrrNrlLLLlrl当铁芯右移后，使右边电感值增加，左边电感值减小当铁芯右移后，使右边电感值增加，左边电感值减小 2220111ccrrNrlxLlrl 2220211ccrrNrlxLlrl 每只线圈的灵敏度为每只线圈的灵敏度为220121221rcNrdLdLkkdxdxl 两只线圈的灵敏度大小相等，符号相反，具有差动特征。两只线圈

7、的灵敏度大小相等，符号相反，具有差动特征。 ,rcNrk二、自感线圈的等效电路二、自感线圈的等效电路 自感线圈不是一个纯电感，除了电感量自感线圈不是一个纯电感，除了电感量L之外，还存在之外，还存在线线圈的铜耗、铁心的涡流及磁滞损耗圈的铜耗、铁心的涡流及磁滞损耗。ReRhCLIoRc自感线圈等效电路自感线圈等效电路Re 铜损电阻；铜损电阻；Rc 铁心涡流损耗；铁心涡流损耗；Rh 铁心的磁滞损耗；铁心的磁滞损耗；C 分布等效电容（线圈分布等效电容（线圈 绕组间）。绕组间）。1、铜损电阻、铜损电阻24CNlRdCCLQR无功功率有功功率1CCCCRKDQLf2CCRKL导线直径为导线直径为d，电阻率

8、为，电阻率为，匝数为，匝数为N的线圈电阻值为：的线圈电阻值为：l 线圈平均匝长。线圈平均匝长。l 线圈铜损电阻仅取决于导线材料及线圈的几何尺寸，与线圈铜损电阻仅取决于导线材料及线圈的几何尺寸，与频率无关。频率无关。对于串联电阻对于串联电阻Rc的线圈，在特定频率的线圈，在特定频率f下的品质因数下的品质因数Qc：损耗因数损耗因数l 损耗因数与激励频率成反比。损耗因数与激励频率成反比。当当Rc、L一定时，一定时，为一常数。为一常数。2、涡流损耗电阻、涡流损耗电阻Re 由于交变磁场的存在将使铁心中产生涡流，并造成涡由于交变磁场的存在将使铁心中产生涡流，并造成涡流损耗。涡流损耗的平均功率为：流损耗。涡流

9、损耗的平均功率为：2222memf a B VPKf 交变磁化频率；交变磁化频率； Bm 磁感应强度幅值；磁感应强度幅值；V 铁心体积；铁心体积； K 与铁心形状有关的系数；与铁心形状有关的系数；m 铁磁材料电阻率；铁磁材料电阻率；a 单片厚度或直径。单片厚度或直径。 因因Re为一个与电感为一个与电感L并联的电阻，因此：并联的电阻，因此：222LeeefLIUPRR222224mLeemL I KURPa B V24()emmHlINRLKa22eemmeDL Ra fKK f I 流过电感流过电感 电流有效值。电流有效值。m 铁心磁导率。铁心磁导率。由铁心涡流损耗引起的损耗因数：由铁心涡流损

10、耗引起的损耗因数：Ke 与铁心材料、形状有关。与铁心材料、形状有关。l 涡流损耗引起的损耗因数与频率涡流损耗引起的损耗因数与频率 f 成正比。成正比。3、磁滞损耗电阻、磁滞损耗电阻Rh铁心磁滞损耗功率：铁心磁滞损耗功率：3043hmPSlH f（近似经验公式）（近似经验公式） 与材料有关的瑞利系数；与材料有关的瑞利系数；0 空气磁导率；空气磁导率； S 铁心截面积；铁心截面积； l 铁心长度；铁心长度； Hm 磁强度幅值；磁强度幅值；2222303LhhmUL I fRPSlH23hhmrhDL RHKr 铁心材料的相对磁导率。铁心材料的相对磁导率。磁滞损耗因数：磁滞损耗因数：l 磁滞损耗因数

11、是一个与频率无关的常数，一般很小。磁滞损耗因数是一个与频率无关的常数，一般很小。4、总损耗因数及品质因数、总损耗因数及品质因数cehcehDDDDKfK fK电感线圈总的损耗因数为：电感线圈总的损耗因数为：DDeff mDhDCDC+ DeDC+ De+ Dh可见，可见，fm是对应于最小的总是对应于最小的总损耗因数时的最佳频率，且损耗因数时的最佳频率，且Dc=De。mcefKKmin2hceDKK K铁心线圈电感的品质因数为总损耗因数的倒数。铁心线圈电感的品质因数为总损耗因数的倒数。11cehQDKfKfK在在 fm处，品质因数的极大值为：处，品质因数的极大值为：max12hceQKK K5、

12、并联电容、并联电容C的影响的影响一般在高频时考虑，可以忽略。一般在高频时考虑，可以忽略。三、自感传感器特点总结三、自感传感器特点总结1、闭磁路电感传感器特点、闭磁路电感传感器特点（1）灵敏度高。目前可测）灵敏度高。目前可测0.1m的直线位移，输出信号比的直线位移，输出信号比 较大，信噪比较好。较大，信噪比较好。（2）全量程范围小，只适于测量较小位移。）全量程范围小，只适于测量较小位移。（3）存在非线性。）存在非线性。（4）消耗功率大（有较大的电磁吸力的缘故）。）消耗功率大（有较大的电磁吸力的缘故）。（5）工艺要求不高，加工容易。）工艺要求不高，加工容易。2、开磁路电感传感器特点、开磁路电感传感

13、器特点（螺线管中间插入可动铁心）（螺线管中间插入可动铁心）（1）灵敏度比闭磁路电感传感器低，易受干扰。）灵敏度比闭磁路电感传感器低，易受干扰。（2）全量程范围较大，达）全量程范围较大，达200300mm。（3）线性差，低于）线性差，低于1%，必须做成差动形式。，必须做成差动形式。四、自感传感器配用电路四、自感传感器配用电路被测量被测量 x L( M)转换电路及转换电路及信号调节信号调节电量电量传感器传感器转换电路类型：转换电路类型：*调幅式：调幅式： xA 调频式：调频式： xf（ ） 调相式：调相式： x (1) (1) 变压器电路变压器电路输出空载电压输出空载电压 2121121022ZZ

14、ZZuuZZZuu衔铁偏离中间零点时衔铁偏离中间零点时 ，、ZZZZZZ21)/()2/(0ZZuuu0z2z1u/2u/2初始平衡状态，初始平衡状态，Z1=Z2=Z, u0=01 1、调幅电路、调幅电路传感器衔铁移动方向相反时传感器衔铁移动方向相反时 ，、ZZZZZZ21空载输出电压空载输出电压 )/()2/(0ZZuu只能确定只能确定衔铁位移的大小，不能判断位移的方向。衔铁位移的大小，不能判断位移的方向。为了判断位移的方向，为了判断位移的方向，要在后续电路中配置要在后续电路中配置相敏检相敏检波器。波器。 （2 2）谐振式调幅电路谐振式调幅电路电路的灵敏度很高，但是线性差，适用于线性要求不高

15、的场合。电路的灵敏度很高，但是线性差，适用于线性要求不高的场合。01TTj LUUj Lj LjC传感器自感变化将引起输出电压频率的变化。传感器自感变化将引起输出电压频率的变化。 GCLf3/2()/4(/2) (/ )fLCCLfL L Lf0LCf2/1 f 较大时有较高的精度。较大时有较高的精度。传感电感变化将引起输出电压相位变化传感电感变化将引起输出电压相位变化 0202()22()222/1(/)LarctgRuuu Rj LuRj LRRj LUUeLarctgRL RLL RL自感传感器的灵敏度自感传感器的灵敏度：（：（传感器测头传感器测头+转换电路）总灵敏度转换电路）总灵敏度x

16、LLkt/ )/()/(0LLukcxukkkctz/0传感器结构（测头）灵敏度传感器结构（测头）灵敏度：转换电路灵敏度：转换电路灵敏度：总灵敏度：总灵敏度：传感器灵敏度单位：传感器灵敏度单位：mV/（ m V）五、传感器的灵敏度五、传感器的灵敏度当电源电压为当电源电压为1V，衔铁偏，衔铁偏移移1 m 时，输出电压为时，输出电压为多少多少mV。在调幅式电路中，当在调幅式电路中，当u0=0时，应有时，应有Z1=Z2=Z，而，而Z包含两部分包含两部分R和和L，只有两，只有两部分分别相等时（即部分分别相等时（即R1=R2，L1=L2），才），才能保证能保证u0=0。但在实际中很难达到，实际。但在实际

17、中很难达到，实际的的u0 x曲线如图，曲线如图， x=0时，时， u0=e0，称，称为为。零残电压过大带来的影响：零残电压过大带来的影响：测量有用的信号被淹没，不再反映被测量变化造成放大电路后级测量有用的信号被淹没，不再反映被测量变化造成放大电路后级饱和，仪器不能正常工作。饱和，仪器不能正常工作。 两电感线圈的等效参数两电感线圈的等效参数（电感、电阻）（电感、电阻）不对称；不对称； 铁芯的铁芯的B-H特性的非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。特性的非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。七、零点残余电压七、零点残余电压：使上、下磁路对称，尽量使上、下磁路对称，尽量减小减小铜铜损电阻损电阻R

18、c，增大增大铁心的涡流损铁心的涡流损Re及磁滞损及磁滞损Rh以以提高线圈的品质因数提高线圈的品质因数；使上、下磁性材料一致。零部件使上、下磁性材料一致。零部件配套挑选，线圈排列均匀、一致。配套挑选，线圈排列均匀、一致。串（并）接电阻、并联电容方串（并）接电阻、并联电容方法。法。利用相敏检波可以减小零残。利用相敏检波可以减小零残。RcuLuRuZReh电感的等效电路电感的等效电路3-2 3-2 变压器式传感器变压器式传感器一、工作原理一、工作原理 变压器式传感器是将非电量转换为线变压器式传感器是将非电量转换为线圈间互感圈间互感M的磁电机构，很象变压器的工的磁电机构，很象变压器的工作原理，称为变压

19、器式传感器，多采用差作原理，称为变压器式传感器，多采用差动结构。动结构。abABCW2aW2bW1aW1b A、B为两个为两个山山字形固定铁心，在其窗字形固定铁心，在其窗中各绕有两个线圈，中各绕有两个线圈，W1a及及W1b为为1次绕组，次绕组，W2a及及W2b为为2次绕组，次绕组，C为衔为衔铁。铁。 当没有非电量输入时，当没有非电量输入时， ，绕组，绕组W1a和和W2a间的间的互感互感Ma与绕组与绕组W1b和和W2b间的互感间的互感Mb相等。相等。00ab 当衔铁位置改变当衔铁位置改变 时时 ，则，则 ，此互感，此互感的差值即可反映被测量的大小。的差值即可反映被测量的大小。00()ababMM

20、 为反映差值互感，将两为反映差值互感，将两个一次绕组的个一次绕组的同名端顺向串同名端顺向串联联，并施加交流电压，并施加交流电压Ua，而，而两个二次绕组的两个二次绕组的同名端反向同名端反向串联串联，同时测量串联后的合，同时测量串联后的合成电势成电势E2。*W1a*W1bW2aW2bUaE2 E2值的大小决定于被测位移的大小，值的大小决定于被测位移的大小，E2的方向决定于位的方向决定于位移的方向。移的方向。222abEEE 二次绕组二次绕组W2a的互感电势；的互感电势； 二次绕组二次绕组W2b的互感电势。的互感电势。2aE2bE二、结论二、结论1、供电电源必须是稳幅和稳频的；、供电电源必须是稳幅和

21、稳频的；2、N1/N2比值越大，灵敏度越高；比值越大，灵敏度越高；3、0初始空气隙不宜过大，否则灵敏度会下降；初始空气隙不宜过大，否则灵敏度会下降；4、电源幅值应适当提高，但应以铁心不饱和为限。、电源幅值应适当提高，但应以铁心不饱和为限。电感式传感器一般用于接触测量，它主要用于位电感式传感器一般用于接触测量，它主要用于位移测量，也可以用于振动、压力、流量、液位等移测量，也可以用于振动、压力、流量、液位等参数测量。参数测量。3-3 3-3 电感式传感器的应用电感式传感器的应用厚度厚度, ,角度角度, ,表面粗糙度表面粗糙度; ;拉伸拉伸, ,压缩压缩, ,垂直度垂直度; ;压力压力, ,流量流量

22、, ,液位液位; ;张力张力, ,重力重力, ,负荷量负荷量; ;扭矩扭矩, ,应力应力, ,动力动力; ;气压气压, ,温度温度; ;振动振动, ,速度速度, ,加速度加速度; ;等等. . 板的厚度测量板的厚度测量 张力测量张力测量测头测头测杆测杆电感电感线圈线圈磁芯磁芯旁向式差动电感式传感器旁向式差动电感式传感器总行程： 1.5mm 测量力：0.40.7N示值变动性：0.2m轴向式差动电感式传感器轴向式差动电感式传感器总行程： 3mm 测量力：0.450.65N示值变动性：0.03m总行程：1.5mm 测量力：0.120.18N示值变动性：0.05m轴向式差动变压器式传感器轴向式差动变压

23、器式传感器总行程： 100mm 线性度：0.15% 总行程： 2 7mm 测量力：0.91.2N示值变动性：0.5m电子卡规、塞规电子卡规、塞规特点：特点：不仅可以测量微米级直径，而且通过其在孔内旋转和平移可以测量其椭圆度和圆柱度被测孔内径范围:25:25120mm 120mm 测量力：1.31.30.3N0.3N示值变动性：1 1m m特点：特点：不仅可以测量微米级直径，还可以测量轴的椭圆度和圆柱度被测轴直径范围:25:25120mm 120mm 测量力：4 41.5N1.5N示值变动性：1 1m m测量原理：本产品是一种电感内藏式电子测量原理：本产品是一种电感内藏式电子卡，测量前，先用随机

24、配置的标准器对仪卡，测量前，先用随机配置的标准器对仪器示值进行校准。然后，用卡规测量轴类器示值进行校准。然后，用卡规测量轴类工件的直径，使卡规卡口产生弹性变形。工件的直径，使卡规卡口产生弹性变形。通过杠杆的作用，使另一端的电感传感器通过杠杆的作用，使另一端的电感传感器产生与被测尺寸成一定比例的变化信号，产生与被测尺寸成一定比例的变化信号，该信号经过放大和转换处理后，通过该信号经过放大和转换处理后，通过A/D转转换器，送入单片计算机进行信号处理，然换器，送入单片计算机进行信号处理，然后，通过液晶屏幕显示测量结果。后，通过液晶屏幕显示测量结果。 塞规式测量系统的原理是通过比塞规式测量系统的原理是通

25、过比对法测量，使用之前，根据工件对法测量，使用之前，根据工件的大小制造出一个相应尺寸的环的大小制造出一个相应尺寸的环规，然后将测头放入环规定基准规，然后将测头放入环规定基准值，完成这个工作之后就可以把值，完成这个工作之后就可以把测头放入所需测量的孔径，这个测头放入所需测量的孔径，这个时候可以直接读出数据。时候可以直接读出数据。 特点特点：可单传感器测量，也可两个传感器进行和差演算测量 档 位测量范围分辨率示值误差第一档100.010.05第二档1000.10.5第三档1000110指标电感测微仪电感测微仪电感测微仪是一种能够测量微小尺寸变化的精密测量仪器，它由主体和测头两部分组成，配上相应的测

26、量装置（例如测量台架等），能够完成各种精密测量。例如，检查工件的厚度、内径、外径、椭圆度、平行度、直线度、径向跳动等，被广泛应用于精密机械制造业、晶体管和集成电路制造业以及国防、科研、计量部门的精密长度测量。目前，国内常用的电感测微仪有指针式和数字式两种 。轮廓仪轮廓仪轮廓仪：测量工件表面轮廓状况的仪器 按起伏节距的大小分为：微观不平度、波度、宏观几何形状误差微观不平度：表面粗糙度，其粗高与粗距都很小。波 度：是一种周期性的起伏，其波距比波高大得多。宏观形状误差： 如直线度、平面度、圆度误差 等，它的波距很大，在一个表面上只有几个起伏，甚至不呈周期性变化。 立柱驱动传感器驱动箱多路接口板测量放

27、大器滤波器记录器功率放大器时基电路附件接口电路Ra 计算电路检测与闩锁电路去各计算电路HSC计算电路Rq计算电路Rp Ry计算电路Rz计算电路 a a计算电路模数转换电路显示电路 典型电动轮廓仪组成框图3-4 3-4 电涡流式传感器电涡流式传感器 电涡流传感器可以测量位移、厚度、转速、电涡流传感器可以测量位移、厚度、转速、振动、硬度等参数，还可以进行无损探伤，是振动、硬度等参数，还可以进行无损探伤，是一种应用广泛且有发展前途的传感器。一种应用广泛且有发展前途的传感器。 电涡流传感器是利用电涡流传感器是利用原理，将原理，将位移等非电量转换为位移等非电量转换为阻抗的变化阻抗的变化（或（或电感的变电

28、感的变化化，或，或Q值的变化值的变化），从而进行非电量电测的。），从而进行非电量电测的。下图所示为下图所示为高频反射式涡流传感器工作原理高频反射式涡流传感器工作原理。金属板置于一只。金属板置于一只线圈的附近，它们之间相互的间距为为线圈的附近，它们之间相互的间距为为，当线圈输入一交变，当线圈输入一交变电流电流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中会产生感金属板在此交变磁场中会产生感应电流应电流i1，这种电流在金属体内是闭合的，所以称之为，这种电流在金属体内是闭合的，所以称之为涡电流涡电流或或涡流涡流。涡流的大小与金属板的电阻率。涡流的大小与金属板的电阻率、磁导率、磁导率、

29、厚度、厚度h，金属板与线圈的距离，金属板与线圈的距离，激励电流角频率，激励电流角频率等参数有关。若等参数有关。若改变其中某二参数，而固定其他参数不变，就可根据涡流的变改变其中某二参数，而固定其他参数不变，就可根据涡流的变化测量该参数。化测量该参数。 低频透射式涡流传感器的工作原低频透射式涡流传感器的工作原理理如右图所示，发射线圈如右图所示，发射线圈1和接收线和接收线圈圈2分别置于被测金属板材料分别置于被测金属板材料G的上、的上、下方。由于低频磁场集肤效应小，渗下方。由于低频磁场集肤效应小，渗透深，当低频透深，当低频(音频范围音频范围)电压电压e1加到线加到线圈圈1的两端后，所产生磁力线的一部的

30、两端后，所产生磁力线的一部分透过金属板材料分透过金属板材料G,使线圈使线圈2产生感产生感应电动势应电动势e2。但由于涡流消耗部分磁场。但由于涡流消耗部分磁场能量，使感应电动势能量，使感应电动势e2减少，当金属板减少，当金属板材料材料G越厚时，损耗的能量越大，输出越厚时，损耗的能量越大，输出电动势电动势e2越小。因此，越小。因此，e2的大小与的大小与G的的厚度及材料的性质有关，试验表明，厚度及材料的性质有关，试验表明，e2随材料厚度随材料厚度h的增加按负指数规律减少的增加按负指数规律减少,如图所示，因此，若金属板材料的性如图所示，因此，若金属板材料的性质一定，则利用质一定，则利用e2的变化即可测

31、量其厚的变化即可测量其厚度。度。一、工作原理一、工作原理2I1IH1H22asr 一个通有交变电流一个通有交变电流 的线圈，的线圈，由于电流的变化，在线圈周围就由于电流的变化，在线圈周围就产生一个交变磁场产生一个交变磁场H1，当被测导，当被测导体置于该磁场范围之内，被测导体置于该磁场范围之内，被测导体内便产生电涡流体内便产生电涡流 ，电涡流也，电涡流也将产生一个新磁场将产生一个新磁场H2， H2与与H1方方向相反，因而抵消部分原磁场，向相反，因而抵消部分原磁场，从而导致线圈的电感量、阻抗和从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因数发生改变。品质因数发生改变。 1I2Iasr 线圈等效外半径线圈等效外

32、半径 一般地说，传感器线圈的阻抗、电感和品一般地说，传感器线圈的阻抗、电感和品质因数的变化与导体的几何形状、电导率、磁质因数的变化与导体的几何形状、电导率、磁导率有关，也与线圈的几何参数、电流的频率导率有关，也与线圈的几何参数、电流的频率以及线圈到被测导体间距离有关。如果控制上以及线圈到被测导体间距离有关。如果控制上述参数中一个变化，其余皆不变化，就可以构述参数中一个变化，其余皆不变化，就可以构成测位移、测温度、测硬度等各种传感器。成测位移、测温度、测硬度等各种传感器。 下面分析一下电涡流下面分析一下电涡流对电路参数的影响。对电路参数的影响。R2R1L1L21V1I2IM 首先把被测导体上首先

33、把被测导体上形成的电涡流等效为一形成的电涡流等效为一个短路环，这样可使得个短路环，这样可使得分析问题更简便。这个分析问题更简便。这个简化模型可用下面的等简化模型可用下面的等效电路图来表示。效电路图来表示。 假定传感器线圈原有电阻假定传感器线圈原有电阻R1，电，电感感L1，则其复阻抗，则其复阻抗 Z1=R1+jL1 当有被测导体靠近传感器当有被测导体靠近传感器线圈时，则成为一个耦合电感，线圈时，则成为一个耦合电感，线圈与导体之间存在一个互感线圈与导体之间存在一个互感系数系数M，互感系数随线圈与导，互感系数随线圈与导体之间距离的减小而增大。短体之间距离的减小而增大。短路环可看作一匝短路线圈，电路环

34、可看作一匝短路线圈，电阻为阻为R2，电感为，电感为L2。 11112RIj LIj MIV122220j MIR Ij L I 根据基本霍夫定律，列出根据基本霍夫定律，列出电路方程组：电路方程组：解方程组，可知传感器工作时复阻抗为：解方程组，可知传感器工作时复阻抗为： 2222121222222222()()VMMERRjLLIRLRL22122222()MLLLRL22122222()MRRRRL2222211222221221221()1()LMLLRLQRMRRRL电感为：电感为：电阻为：电阻为：品质因数：品质因数：二、电涡流式传感器特性二、电涡流式传感器特性1、电涡流强度与距离的关系、

35、电涡流强度与距离的关系不考虑电涡流分布的不均匀性，可以得到导体中电涡流强度为：不考虑电涡流分布的不均匀性，可以得到导体中电涡流强度为： 21221asxIIxr I1 线圈激励电流；线圈激励电流； x 线圈到被测体的距离；线圈到被测体的距离； I2 导体中产生的电涡流。导体中产生的电涡流。x/ras00.5112345I2/I1 I2随随x增加而急剧减小。为能得到较强增加而急剧减小。为能得到较强的涡流效应，应使的涡流效应，应使 x/ ras 1。可见线圈外可见线圈外径径ras与被测位移量与被测位移量 x 有密切关系有密切关系。 用涡流传感器测量位用涡流传感器测量位移时，只在很小的测量范移时，只

36、在很小的测量范围内能得到较好的线性和围内能得到较好的线性和较高的灵敏度。较高的灵敏度。 2、被测导体对传感器灵敏度的影响、被测导体对传感器灵敏度的影响（1）被测导体的电阻率）被测导体的电阻率P和相对磁导率和相对磁导率越小，传感器的越小，传感器的灵敏度愈高。灵敏度愈高。 （2）由于涡流式位移传感器是高频反射式涡流传感器，）由于涡流式位移传感器是高频反射式涡流传感器，因此，被测导体必须达到一定的厚度，才不会产生电涡流因此，被测导体必须达到一定的厚度，才不会产生电涡流的透射损耗，使传感器具有较高的灵敏度。的透射损耗，使传感器具有较高的灵敏度。一般要求被测一般要求被测导体的厚度大于两倍的涡流穿透深度。导体的厚度大于两倍的涡流穿透深度。 D/d012340.51.0传感器灵敏度传感器灵敏度K（3）只有在只有在 D/d 大于大于3.5时，时，传感器灵敏度才有稳态值。传感器灵敏度才有稳态值。 dD三、电涡流传感器的测量电路三、电涡流传感器的测量电路 根据传感器线圈与被测导体间的距离根据传感器线圈与被测导体间的距离 x 的变化可以转的变化可以转换为品质因数换为品质因数Q、阻抗、阻抗Z、线圈电感、线圈