第四章电感式传感器

1、 主要内容：主要内容： 4.14.1变磁阻式电感传感器变磁阻式电感传感器 4.24.2差动变压器式电感传感器差动变压器式电感传感器 4.34.3电涡流式传感器电涡流式传感器 自感传感器测量电桥放大器相敏检波滤波器振荡器输出v 把被测的非电量变化转换成为把被测的非电量变化转换成为 线圈互感量的变化的传感器称为线圈互感量的变化的传感器称为互感式传感器。互感式传感器。 这种传感器根据变压器的基本这种传感器根据变压器的基本 原理制成，并将次级线圈绕组用原理制成，并将次级线圈绕组用 差动形式连接。差动形式连接。 差动变压器的结构形式较多，差动变压器的结构形式较多， 应用最多的是螺线管式差动变压应用最多的

2、是螺线管式差动变压 器。它可测量器。它可测量1 1100mm100mm范围内的范围内的 机械位移。机械位移。次次 级级次次 级级骨架骨架初初 级级衔衔 铁铁次次 级级次次 级级初初 级级当衔铁上下移动时，输出电压随衔铁位移变化。当衔铁上下移动时，输出电压随衔铁位移变化。12MM 若衔铁上移若衔铁上移 21MM 若衔铁下移若衔铁下移 022abUEE由此得到输出电压有效值为由此得到输出电压有效值为 ：12022221111()2()()U MMUMUrLrL v 可见输出电压与互感的差值有关可见输出电压与互感的差值有关21 1aEj M I 22 1bEj M I 根据电磁感应定律，次级感应电动

3、势分别为根据电磁感应定律，次级感应电动势分别为0221 11 11211()abUEEj M Ij M IjMMUrj L 111UIrj L相敏检测电路相敏检测电路 差动整流电路差动整流电路 差动变压器输出交流信号。为正确反映衔铁位移差动变压器输出交流信号。为正确反映衔铁位移 大小和方向，常采用差动整流电路和相敏检波电路。大小和方向，常采用差动整流电路和相敏检波电路。 （1 1）差动整流电路）差动整流电路 ，输入一交流信号时输入一交流信号时U0差动整流后输出特性差动整流后输出特性22201201(2)2(2)LLLLLLR UR UuRn RRRR Uun RR a)相敏检波电路原理图；b)

4、us、u2为正半周时等 效电路；c) us、u2为负半周时等 效电路 (a）被测位移变化波形图；(b)差动变压器激励电压波形；(c) 差动变压器输出电压波形；(d)相敏检波解调电压波形；(e)相敏检波输出电压波形v 相敏检波后的输出特性：相敏检波后的输出特性： 由由，工作曲线为过零点的直线。，工作曲线为过零点的直线。 相敏检波前后输出特性相敏检波前后输出特性传感器辨向解调放大器滤波器振荡器输出差动变压器结构形式差动变压器结构形式 差动变压器传感器的应用差动变压器传感器的应用 差动变压器式传感器可直接用于位移测量，差动变压器式传感器可直接用于位移测量， 也可以用来测量与位移有关的任何机械量，也可

5、以用来测量与位移有关的任何机械量， 如振动，加速度，应变等等。如振动，加速度，应变等等。 （1）压差计）压差计 当压差变化时，腔内当压差变化时，腔内 膜片位移使差动变压器次膜片位移使差动变压器次 级电压发生变化，输出与级电压发生变化，输出与 位移成正比，与压差成正位移成正比，与压差成正 比。比。 差动变压器传感器的应用差动变压器传感器的应用: 沉筒式液位计将水沉筒式液位计将水位变位变化转换成位移变化，再转换化转换成位移变化，再转换为电感的变化，差动变压器为电感的变化，差动变压器的输出反映液位高低。的输出反映液位高低。 1 悬臂梁；2 差动变压器 高频反射式涡流传感器：高频反射式涡流传感器：当高

6、频信号施加于电感线圈上时，由于趋肤效应，高当高频信号施加于电感线圈上时，由于趋肤效应，高频电磁场不能透过具有一定厚度的金属板，而仅作用频电磁场不能透过具有一定厚度的金属板，而仅作用于表面的薄层内于表面的薄层内。hfhf1 11 121R Ij L Ij MIU122220j MIR Ij L I112222121222222222()()UIMMRRjLLRLRL2222112122 222 212222eqeqUMMZRRjLRj LIRLRL22212222()eqM LLLRL22212222()eqM RRRRL222212022221211eqeqLMLLZQQRMRRZ22222(

7、)ZRL2222112122222212222UMMZRRjLIRLRL( , ,)Zfd 检测深度的控制：检测深度的控制：由于存在集肤效应，电涡流只能检测导由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变激励源频率体表面的各种物理参数。改变激励源频率 ，可控制检测深度。，可控制检测深度。 间距间距x的测量：的测量：如果固定其他因素不变，仅改变间距如果固定其他因素不变，仅改变间距x，电电涡流线圈的阻抗涡流线圈的阻抗Z就成为间距就成为间距x的单值函数，可用于非接触测量的单值函数，可用于非接触测量距离或位移。距离或位移。 多种用途：多种用途：可以用来检测与表面电导率可以用来检测与表面电导率G有关的表面温度、表有关的表面温度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率 有关的材料型号、有关的材料型号、表面硬度等参数。表面硬度等参数。 金属金属扁平线圈扁平线圈涡流区涡流区r/ras1hrasJr/J0 21221asxIIxrX/rasI2/I11.01 2 3 412LCf0LRCZ R1）调频式电路）调频式电路2）调幅式电路）调幅式电路 厚度测量 涡