浅论电感式传感器论文

1、一大学结课论文浅论电感式传感器年级：学号：姓名：专业：指导老师：摘要利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈口感量l或 互感量m的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，这种装置称为电感式传 感器。电感式传感器具有结构简单，工作可靠，测量精度高，零点稳定,输出功率较大等一系 列优点，其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约，传感器白身频率响应低，不适 用于快速动态测量。这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，在工业自动 控制系统中被广泛采用。电感式传感器种类很多，木章主要介绍白感式、互感式和电涡流 式三种传感器。关键词原理；特点；应用；种类abs

2、tract:the principle of electromagnetic induction will be measured non power such as displacement, pressure, flow and vibration conversion into the change of loop self inductance l or mutual inductance m, again by the measuring circuit conversion for changes in output voltage or cuitent. the device c

3、alled for inductive sensors inductive sensor has simple structure, reliable work, high measurement precision, zero point stability and larger output power and a series of advantages, its main disadvantage is mutual restriction of sensitivity, linearity and range of measurement, sensor and its freque

4、ncy response at low, does not apply to the rapid and dynamic measurement. this kind of sensor can realize the long-distance transmission of information, record, display and control, is widely used in industrial automatic control system. many kinds of inductive sensors, this chapter mainly introduces

5、 the self inductance, mutual inductance and eddy current sensor the three kind.key words: principle; characteristics; application； types;一、传感器分类及原理:1、变磁阻式传感器（自感式）工作原理:变磁阻式传感器曲线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁出导磁材料制成。在铁 芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动吋，气隙厚度§发生改 变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测岀这种电感量 的变化，就能确定衔铁

6、位移量的大小和方向。线圈中电感量为:l =传感器的厶5特性曲线：2、差动变压器式传感器（互感式）a变隙式差动变压器工作原理初级绕组焰尸焰尸w|,次级绕组和w2a=w2h=w2.两个初级绕组的同名端顺向串联，两 个次级绕组的同名端则反相串联。当没有位移时，衔铁c处于初始平衡位置，它与两个铁 芯的间隙冇必站0=0,则绕组 和，间的互感必与绕组"lb和 畑的互感同相等， 致使两个次级绕组的互感电势相等，即勺尸幺2b。由于次级绕组反相串联，因此，差动变压 器输出电压uo=e2e2b=0 o当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁的位置将发生相应的变化，使九却方，互感 m#mb，两次级绕组的互感电

7、势饪怂b，输出电压即差动变压器冇电压输出， 此电压的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。b螺线管式差动变压器工作原理两个次级线圈反相串联，并冃在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下, 其等效电路。当初级绕组加以激励电压u时，根据变压器的工作原理，在两个次级绕组胫a和”2b屮 便会产生感应屯势和e2b°如果工艺上保证变压器结构完全对称,则当活动衔铁处于初 始平衡位置时，必然会使两互感系数必尸胚。根据电磁感应原理，将冇£2a=2bo由于变压 器两次级绕组反相串联，因而uo=e2a-e2b=0 ,即差动变压器输出电压为零。3、电涡流式传感器（互感式）根据法拉第定律，当

8、传感器线圈通以正弦交变电流/1时，线圈周围空间必然产生正弦 交变磁场厲，使置于此磁场中的金属导体中感应电涡流/2,厶又产生新的交变磁场仏。根据愣次定律，厲的作用将反抗原磁场厲，由于磁场 厲的作用，涡流要消耗-部 分能量，导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。线圈阻抗的变化完全取决于被测金属导 休的电涡流效应。传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗z的函数关系式为z=f3，z；j,x）二、传感器特点由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电 感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，英电感量的变化是 由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当

9、把线圈接入测量电路并接通激 励电源时，就叮获得正比于位移输入量的电压或电流输出。电感式传感器的特点是： 无活动触点、可靠度高、寿命长； 分辨率高； 灵敏度高； 线性度高、重复性好； 测量范围宽（测量范围大时分辨率低）； 无输入时有零位输岀电压，引起测量误差； 对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高； 不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、 压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。常用屯感式传 感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式， 以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加

10、误差。电感式传感器的种类电感式传感器种类很多，有利用自感原理的自感式传感器，有利用互感原理的差动变 压器式传感器。此外，还有利用涡流原理的涡流式传感器，利用压磁原理的压磁式传感器 和利用互感原理的感应同步等。1、自感式电感传感自感式电感传感器属于电感式传感器的一种。它是利用线圈自感量的变化来实现测量 的，它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成, 在铁芯和衔铁z间有气隙，传感器的运动部分与衔铁和连。当被测量变化时，使衔铁产生 位移，引起磁路屮磁阻变化，从而导致电感线圈的电感量变化，因此只耍能测出这种电感 量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。自感式电感传感

11、器在测量位移和尺寸领域的应用，具冇代表性的便是电感测厚仪。通 过将测微螺秆4调节到给定厚度值，该厚度值可由度盘读出。被测带2在上下测量滚轮之 间通过，通过杠杆使铁芯上下移动，从而改变线圈屯感的变化则曲相应的屯桥屯路测岀， 测出带材厚度的偏差值。此外变气隙型屯感式尺寸传感器、螺管型轴向式电感传感器都口 j以实现位移和尺寸的 测量。变气隙型电感式尺寸传感器壳体内两个平弹簧上悬挂着导磁体，导磁体可以通过微 调螺钉1相对于传感器壳体移动。螺管型轴向式电感传感器，可换测头通过螺杆拧在测杆 上，测杆可在滚珠导轨上作轴向移动，滚珠冇四排，每排物，尺寸和形状误差都小丁 0. 6umo 一般这类型传感器被用做精

12、密量仪的部件，如高精度的电感比较仪等。可以作为轴承滚动 体自动分选机的主要测量部件，用来测量齐种滚动体的尺寸和形状，零件的膨胀、仲长和 应变等。2、变压器式传感器。变压器式传感器工作原理：变压器式传感器是将非电量转换为线圈间互感的一种磁电 动机构，很像变压器的工作原理，因此常称其为变压器式传感器。这种传感器多采用差动 模式。3、电涡流式传感器通过金属导体中的磁通发生变化时，就会在导体中产生感应电流，这种电流的流线在 金屈体内门行闭合，通常就称它为电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量，从 而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，电涡流式传感器就是基于这种电涡流效应。这种传感 器不但具有测量范围大

13、、灵敏度高、抗干扰能力强、不受油污等介质的影响，结构简单， 安装方便等特点，而且又具有非接触测量的优点。电感式传感器的应用传统的电感式传感器是一种机电转换装置，在自动控制设备屮广泛应用。现在电感式 传感器以其结构简单、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、稳定性能好和使用方便 等特点，广泛的应用于测量、监测、口控等领域i其中电涡流传感器具有非接触测量的优 势，更受到青睐。一般应用：1、变磁阻式传感器的应用一般作为压力传感器和测量工具。(1) welter叙述的第一个导管端血压传感器结构。c形弹簧管作为第一次换能元件将 压力变化转换为位移的大小变化，衔铁作为第二次换能元件讲位移大小转换为电压的变

14、 化，达到测量的目的。（2）新型的测量工具示意图。其设计是将传统的测量方法与电感传感器相结合，将 测量精度提高到o.owm级，满足了现代化机械加工测量要求。2、差动变压器传感器的应用差动变压器式可直接用于位移测量（测微仪），如长度、内径、外径、不平度、不垂 直度、偏心、椭圆等；也可以用來测量与位移相关的任何机械量，如振动、加速度、零件 的膨胀伸长、应变、移动等。下面是几个应用实例。（1）作为屯感测厚仪使用。图3是电感测厚仪的结构原理图，差动变压器铁心与测厚 滚轮相连，板材正常厚度值时调整差动变压器输出为零，变压器电动势输出大小的变化反 映了被测板材厚度变化的大小，极性表示厚度是增加还是减小。（

15、2）作为电感测微仪使用。采用差动变压器，桥路输岀的不平衡与衔铁位移成正比， 相敏输岀与交流放大器输岀信号成止比，相位反映了位移的方向。（3）作为电感压羌计使用。当压差变化时，腔内膜片产生位移使差动变压器铁心产生 位移，从而使次级感应电动势发生变化，因为输出电压与位移成止比，即与压差成止比， 所以通过输出电压的变化可以检测差压的人小。3、电涡流传感器的应用电涡流传感器的最大特点是可以进行非接触式测量。电涡流传感器口前主要应用于测 位移、测振动、测转速、测厚度、测材料、测温度、电涡流探伤等。（1）测厚。分为低频透射式涡流测厚和高频反射式涡流测厚。均利用电磁感应，根据 电压的变化建立厚度与测量量的关

16、系，达到测厚目的。有时测厚时为了客服带材的不平整 或运动过程中的上下波动影响，常采用差动形式，利用变化值建立相应的关系。（2）测转速。检测转述的方式较多，图4的测量方法是在旋转体上加工或安装一个齿 轮状金属，旁边安装涡流传感器，旋转体旋转时，传感器线圈与被测体距离发生周期性变 化，电涡流传感器将周期的改变信号的输出，由频率计数求出转速。（3）测振动。利用电涡流传感器测量振动的方法，可对汽轮机两侧、空气压缩机旋转 轴的径向振动，汽轮机叶片的振动进行检测。可研究轴的振动形状，作出振型图。测量方 法是将多个传感器安装在轴的侧面，当轴旋转吋多道记录仪可以获得每个传感器各点的瞬 间振幅值，并画出轴振型图

17、。(4) 电涡流探伤。探伤时，传感器与被测金屈保持距离不变，如冇裂纹出现，导体的 电阻率会发生变化，涡流损耗改变而引起输出电压的变化。图5为火车车轮裂纹检测的典 型应用。传感器安装在火车车轮经过的测试现场，在车轮宽度的位置上排列摆放多个电涡 流传感器，并在沿周长方向上也连续放置多个传感器，目的是可以保证车轮旋转一周时， 是车轮表面的每个部位上都能被传感器检测到。生产实际应用：电感式传感器自身的优势与现代检测要求适应性强，并由于其结构简单，工作条件要 求不高，是很多行业、研究的首选对象。近年高铁等运输行业的高速发展，使得电感式传 感器的监测功能得到了大范围的扩张；磨粒检测技术的发展，也使电感式传

18、感器得到更多 关注"。还有脉冲涡流检测技术，利用电涡流式电感器进行金屈探伤，可以同时探测到试件 不同深度的缺陷，让检测和识别表面与亚表面缺陷成了可能，另外，它具有检测成本低廉, 操作简单，对人体无害和精度高等优势叫微测量屮，电感式传感器一直享有优势。微差压传感器在微流量测量、泄漏测试、洁 净间测试、环境密封性检测等许多高精度测量场合应用广泛。磁性液体微差压传感器采用 螺线式井动变压器工作原理，做到压力范围大，线性度好，灵敏度高，稳定可靠等优点， 可以广泛应用于工业过程控制，机械制造，生物医学工程等许多领域叫就我自身的专业而言，传感器的应用也融入了焊接缺陷的检测。如点焊质量的检测。 利

19、用点焊电极位移传感器原理：电极位移信息与点焊缺陷密切相关，是点焊各参数影响的 综合体现，可直接用于监测焊点加工热熔化、体积膨胀、冷却收缩等过程。i大i此，受到广 泛关注。目询，选用的传感器中冇光栅式、激光式、lvct(linear variable differential transformer)及涡流传感器。其中，光栅和激光传感器由于其使用条件相对要高，不适合监 测生产现场大型设备；lvct属于接触式传感器，易受加压过程冲击，机械反应频率较低。 所以现在多使用非接触式涡流传感器在实际生产中，电感式传感器还用于质量的监测，如铁精矿品位的监测3位置检测, 如电缆偏心量的检测讪、冷轧带钢连续牛产线对中检测装置v叫 精度检测，如工件表面粗 糙度检测叭数控机床屮外径大小的检测x等。五、展望现代科学研究以及生产实践对“检测、监