第3章 电感式传感器B

1、传感器与检测技术第3章电感式传感器传感器与检测技术第3章电感式传感器本章内容本章内容 3.1 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.2 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.3 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 传感器与检测技术第3章电感式传感器学习目标学习目标 掌握自感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流掌握自感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流传感器的结构、工作原理和测量电路。传感器的结构、工作原理和测量电路。 深刻理解深刻理解桥形测量电路桥形测量电路电抗平衡电桥、变压器电抗平衡电桥、变压器式电桥式电桥的构成和转换原理的构成和转换原理。 理解三类电感式传感器的各自特点、应

2、用范围和典理解三类电感式传感器的各自特点、应用范围和典型应用。型应用。 了解电涡流式传感器的应用。了解电涡流式传感器的应用。传感器与检测技术第3章电感式传感器 位移是机械量中最重要的参数，它可分为线位移和角位移。位移是机械量中最重要的参数，它可分为线位移和角位移。1、线位移、线位移长度检测长度检测2、角位移、角位移角度检测角度检测*位移量可转换为模拟量和数字量。位移量可转换为模拟量和数字量。自感式传感器与位移检测：自感式传感器与位移检测： *电感式传感器基于的物理基础：电感式传感器基于的物理基础：电磁感应。电磁感应。 * *即利用线圈电感或互感的改变来实现非电量测量。即利用线圈电感或互感的改变

3、来实现非电量测量。电感式传感器也称自感式传感器或变磁阻式传感器。电感式传感器也称自感式传感器或变磁阻式传感器。传感器与检测技术第3章电感式传感器 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.1.1 3.1.1 工作原理工作原理一、电感的计算一、电感的计算 自感式传感器由线圈、自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁铁芯和衔铁3 3部分组成。部分组成。在铁芯和衔铁之间有气隙，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为气隙厚度为 ，传感器的，传感器的运动部分与衔铁相连。运动部分与衔铁相连。当当衔铁移动时，气隙厚度衔铁移动时，气隙厚度 发生改变，导致电感线圈发生改变，导致电感线圈的电感值变化，只要能测的电感值变化，只要能测

4、出这种电感量的变化，就出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小能确定衔铁位移量的大小和方向。和方向。 图3-1 变磁阻式传感器1线圈；2铁芯(定铁芯)；3衔铁(动铁芯)传感器与检测技术第3章电感式传感器图图3-1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器1线圈；线圈；2铁芯铁芯(定铁芯定铁芯)；3衔铁衔铁(动铁芯动铁芯) 线圈中电感量为线圈中电感量为:2mm,WWIWWLIIRR则 式中：式中： 线圈总磁链；线圈总磁链；I I 通过线圈的电流；通过线圈的电流；W W线圈的匝数；线圈的匝数； 穿过线圈的磁通。穿过线圈的磁通。 磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：mIWR1212m1 12200001 12200

5、2llllRSSSSSSS磁路总磁阻：磁路总磁阻：WLII传感器与检测技术第3章电感式传感器 通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即1001 12002222lSSlSS12m1 122000022llRSSSS磁路总磁阻近似表示为：磁路总磁阻近似表示为： 因此，线圈的电感值可近似地表示为因此，线圈的电感值可近似地表示为2200m2WSWLR 当线圈匝数为常数时，只要改变当线圈匝数为常数时，只要改变 或或S S0 0均可导致电感变均可导致电感变化，因此变磁阻式传感器又可分为变气隙型电感式传感器化，因此变磁阻式传感器又可分为变气隙型电感式传感器和变面积型电感

6、式传感器。和变面积型电感式传感器。 传感器与检测技术第3章电感式传感器二、电感式传感器的类型二、电感式传感器的类型 (a)(a)变间隙式变间隙式；(b)(b)变截面式变截面式SS；(c) (c) 螺管式螺管式和和S S。1.变间隙变间隙 L与与之间是之间是非线性非线性关系，关系， 特性曲特性曲线如右图所示。线如右图所示。(1)小，灵敏度高；小，灵敏度高； 0=0.10.5mm =(0.10.2) 0(2)非线性误差较大，多用于微小位移非线性误差较大，多用于微小位移测量。测量。 LSWSWddLk 2120022002斜斜率率传感器与检测技术第3章电感式传感器2.变气隙截面积变气隙截面积S0（衔

7、铁上下位移）（衔铁上下位移）常常数数斜斜率率 2020WdSdLk L L与与S S0 0之间成线性关系，之间成线性关系， 特性特性曲线如右图所示。曲线如右图所示。 (1)实际的实际的L=f(，S 0)为非为非线性；线性； (2)灵敏度较低，但易装灵敏度较低，但易装配；配； (3)多用于较大位移测量。多用于较大位移测量。(1)衔铁行程可较大衔铁行程可较大,测量范围较大。线性较好测量范围较大。线性较好,应用较广泛；应用较广泛； (2)多用于角位移测量。多用于角位移测量。3.螺管式（变螺管式（变和和S 0）传感器与检测技术第3章电感式传感器 在实际使用中，常采用两个相同的传感器线圈共用一在实际使用

8、中，常采用两个相同的传感器线圈共用一个衔铁，构成差动式电感传感器。个衔铁，构成差动式电感传感器。测量时，衔铁通过导杆测量时，衔铁通过导杆与被测位移量相连，当被测体移动时，导杆带动衔铁也以与被测位移量相连，当被测体移动时，导杆带动衔铁也以相同的位移上下移动，使两个磁回路中磁阻发生大小相等，相同的位移上下移动，使两个磁回路中磁阻发生大小相等，方向相反的变化，导致一个线圈的电感量增加，另一个线方向相反的变化，导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式。圈的电感量减小，形成差动形式。 差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变化

9、、电源频率变化等影响也可以进行补偿，从而减少度变化、电源频率变化等影响也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。了外界影响造成的误差。（a） （b） （c）图图3-4 差动式电感传感器差动式电感传感器（a）变气隙型；（）变气隙型；（b）变面积型；（）变面积型；（c）螺管型）螺管型1线圈；线圈；2铁芯；铁芯；3衔铁；衔铁；4导杆导杆3.1.2 3.1.2 差分电感式传感器原理差分电感式传感器原理传感器与检测技术第3章电感式传感器1.电阻平衡电桥电阻平衡电桥设：设：Z1=Z+Z ，Z2= Z-Z ；R1=R2=RUZZUZZZZUUZZZURRRUZZZZZZURRRUZZZUUcd22212

10、2112110 （a） （b） （c）图3-4 差动式电感传感器（a）变气隙型；（b）变面积型；（c）螺管型1线圈；2铁芯；3衔铁；4导杆传感器与检测技术第3章电感式传感器当当L R L R ，则，则。LLU，ULLU 002即即2.变压器式电桥形测量电路变压器式电桥形测量电路设：设：Z1下端处的电位为下端处的电位为0。则则A、B两点电位分别为两点电位分别为,UZZZUA211 UUB21 桥路输出电压桥路输出电压U)ZZZ(UUUBA212110 分析分析:(1)铁心居中铁心居中,Z1=Z2=Z (2)铁心上移铁心上移,Z1=Z+Z,Z,Z2=Z-ZZ (3)铁心下移铁心下移,Z1=Z-Z,

11、Z,Z2=Z+ZZ0210 U)ZZZ(U22120UZZU)ZZZ(U 2)212(0UZZUZZZU 传感器与检测技术第3章电感式传感器 3.1.3 3.1.3 自感式传感器的应用自感式传感器的应用 1 1、变隙电感式压力传感器变隙电感式压力传感器 它由膜盒、它由膜盒、 铁芯、铁芯、 衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一起。的上端连在一起。 2 2、变隙式差动电感压力传感器、变隙式差动电感压力传感器 它主要由它主要由C C形弹簧管、衔铁、铁芯和线圈等组成。形弹簧管、衔铁、铁芯和线圈等组成。 图图3-7 变隙电感式压力传感器结构图变隙电感式压力传感器结构图 图

12、图3-8 变隙式差动电感压力传感器变隙式差动电感压力传感器1衔铁；衔铁；2铁芯；铁芯；3线圈；线圈；4膜盒膜盒 1C型弹簧管；型弹簧管；2铁芯；铁芯；3线圈线圈1； 4衔铁；衔铁；5线圈线圈2；6调机械零点螺钉调机械零点螺钉 传感器与检测技术第3章电感式传感器3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器3.2.1 3.2.1 差动变压器式传感差动变压器式传感器的工作原理器的工作原理 差动变压器是把被测差动变压器是把被测的非电量变化转换成绕组的非电量变化转换成绕组互感量的变化。互感量的变化。 差动变压器结构形式较多，差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺有变隙式、变面积式和螺线管式等，应

13、用最多的是线管式等，应用最多的是螺线管式差动变压器，螺线管式差动变压器，它它可以测量可以测量1 1100mm100mm机械位机械位移，并具有测量精度高、移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。能可靠等优点。图图3-9 螺线管式差动变压器结构螺线管式差动变压器结构1铁芯；铁芯；2导磁外壳；导磁外壳；3骨架；骨架；5初级绕组；初级绕组；4、6次级绕组次级绕组传感器与检测技术第3章电感式传感器图图3-10 螺线管式差动变压器的等效电路螺线管式差动变压器的等效电路 图图3-11 差动变压器输出电压特性曲线差动变压器输出电压特性曲线 1实际特性曲线；实际特性曲线；

14、2理论特性曲线理论特性曲线 差动变压器传感器中的两个次级绕组反相串联，当差动变压器传感器中的两个次级绕组反相串联，当初级绕组加以激励电压初级绕组加以激励电压U U时，在两个次级绕组时，在两个次级绕组W W2a2a和和W W2b2b中便中便会产生感应电势会产生感应电势e e2a2a和和e e2b2b。当活动衔铁处于初始平衡位置当活动衔铁处于初始平衡位置时，必然会使两互感系数时，必然会使两互感系数 M M1 1= =M M2 2，将有，将有e e2a2a= =e e2b2b，因而有，因而有U Uo o= =e e2a2ae e2b2b=0=0，即差动变压器输出电压为零。，即差动变压器输出电压为零。

15、 当活动衔铁向上移动时，由于磁阻的影响，当活动衔铁向上移动时，由于磁阻的影响，W W2a2a中磁通中磁通将大于将大于W W2b2b，使，使M M1 1 M M2 2，因而，因而e e2a2a增加，而增加，而e e2b2b减小。反之，减小。反之，e e2b2b增加，增加，e e2a2a减小。因为减小。因为U Uo o= =e e2a2ae e2b2b，所以当，所以当e e2a2a、e e2b2b 随着衔铁随着衔铁位移位移x x变化时，变化时，U Uo o也必将随也必将随x x而变化。而变化。此处不连接此处不连接传感器与检测技术第3章电感式传感器 3.2.2 3.2.2 差动变压器式传感器的测量电

16、差动变压器式传感器的测量电路路 1 1差动整流电路差动整流电路 差动整流电路还可以接成全波电压输出和全波电流输差动整流电路还可以接成全波电压输出和全波电流输出的形式。出的形式。 差动整流电路具有结构简单，根据差动输出电压的大差动整流电路具有结构简单，根据差动输出电压的大小和方向就可以判断出被测量（如位移）的大小和方向，小和方向就可以判断出被测量（如位移）的大小和方向，不需要考虑相位调整和零点残余电压的影响，分布电容影不需要考虑相位调整和零点残余电压的影响，分布电容影响小，便于远距离传输，因而获得广泛的应用。响小，便于远距离传输，因而获得广泛的应用。图图3-12 差动整流电路差动整流电路 （a）

17、全波电流输出；（）全波电流输出；（b）全波电压输出；）全波电压输出；（c）半波电流输出；（）半波电流输出；（d）半波电压输出）半波电压输出传感器与检测技术第3章电感式传感器（2 2）电压合成输出）电压合成输出差分整流电路差分整流电路（1）电流合成输出）电流合成输出传感器与检测技术第3章电感式传感器（3）典型全波相敏整流电路分析）典型全波相敏整流电路分析1）电流路径）电流路径设设f为为“+”、e e为为“-”，则电流路径，则电流路径fgcdhef；当当f f为为“-”-”、e e为为“+”+”，则电流路，则电流路径径ehcdgfeehcdgfe。2）电路输出）电路输出 uo=usc=uab-uc

18、d分析可知：（分析可知：（a a）铁心居中，）铁心居中，u uscsc=0=0； （b）铁心下移，）铁心下移， usc0； （c）铁心上移，）铁心上移，usc0。传感器与检测技术第3章电感式传感器2.测量电路测量电路1、相敏检波电路、相敏检波电路（1）简单相敏检波电路）简单相敏检波电路相敏检波电路要求比较电压与差动变压器二次输出电压频相敏检波电路要求比较电压与差动变压器二次输出电压频率相同，相位相同或相反。为了保证这一点，通常在电路率相同，相位相同或相反。为了保证这一点，通常在电路中接入移相电路。中接入移相电路。另外，由于比较电压在检波电路中起开另外，由于比较电压在检波电路中起开关作用，因此其

19、幅值应尽可能大，一般应为信号电压的关作用，因此其幅值应尽可能大，一般应为信号电压的35倍。倍。 设差动电感传感器的线圈设差动电感传感器的线圈阻抗分别为阻抗分别为Z1和和Z Z2 2。当衔铁处。当衔铁处于中间位置时，于中间位置时，Z Z1 1= =Z Z2 2= =Z Z，电桥，电桥处于平衡状态，处于平衡状态，C C点电位等于点电位等于D D点地位，电表指示为零。点地位，电表指示为零。 当衔铁上移，上部线圈阻当衔铁上移，上部线圈阻抗增大，抗增大，Z Z1 1= =Z+Z+Z Z，则下部线，则下部线圈阻抗减少，圈阻抗减少，Z Z2 2= =Z-Z-Z Z。如果。如果输入交流电压为正半周输入交流电压

20、为正半周传感器与检测技术第3章电感式传感器 如果输入交流电压为负半周，如果输入交流电压为负半周，A A点电位为负，点电位为负，B B点电位为点电位为正，二极管正，二极管VDVD2 2、VDVD3 3导通，导通，VDVD1 1、VDVD4 4截止，则在截止，则在B-C-F-AB-C-F-A支路支路中，中，C C点电位由于点电位由于Z Z2 2减少而比平衡时降低（平衡时，输入电压减少而比平衡时降低（平衡时，输入电压若为负半周，即若为负半周，即B B点电位为正，点电位为正，A A点电位为负，点电位为负，C C点相对于点相对于B B点点为负电位，为负电位，Z Z2 2减少时，减少时，C C点电位更负）

21、；点电位更负）；而在而在B-D-E-AB-D-E-A支路中，支路中，D D点电位由于点电位由于Z Z1 1的增加而比平衡时的电位增高，所以仍然是的增加而比平衡时的电位增高，所以仍然是D D点电位高于点电位高于C C点电位，电压表正向偏转。点电位，电压表正向偏转。 如果输入交流电压为正半如果输入交流电压为正半周，周，当当A A点电位为正，点电位为正，B B点电位点电位为负，二极管为负，二极管VDVD1 1、VDVD4 4导通，导通，VDVD2 2、VDVD3 3截止。在截止。在A-E-C-BA-E-C-B支路支路中，中，C C点电位由于点电位由于Z Z1 1增大而比平增大而比平衡时的衡时的C C

22、点电位降低；点电位降低；而在而在A-F-A-F-D-BD-B支路中，支路中，D D点电位由于点电位由于Z Z2 2的降的降低而比平衡时低而比平衡时D D点的电位增高，点的电位增高，所以所以D D点电位高于点电位高于C C点电位，直点电位，直流电压表正向偏转。流电压表正向偏转。传感器与检测技术第3章电感式传感器（2 2）具有调零功能的相敏检波电路）具有调零功能的相敏检波电路 同样可以得出结果：当衔铁下移时，电压表总是反向偏同样可以得出结果：当衔铁下移时，电压表总是反向偏转，输出为负。转，输出为负。 可见采用带相敏整流的交流电桥，输出信号既能反映位可见采用带相敏整流的交流电桥，输出信号既能反映位移

23、大小又能反映位移的方向。移大小又能反映位移的方向。传感器与检测技术第3章电感式传感器 3.2.3 3.2.3 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用 差动变压器式传感器可以直接用于位移测量，也可以测差动变压器式传感器可以直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。张力和厚度等。 差动变压器式加速度传感差动变压器式加速度传感器的原理。它由悬臂梁和差动器的原理。它由悬臂梁和差动变压器构成。变压器构成。测量时，将悬臂测量时，将悬臂梁底座及差动变压器的绕组骨梁底座及差动变压器的绕组骨架固定

24、，而将衔铁的架固定，而将衔铁的A A端与被测端与被测振动体相连，此时传感器作为振动体相连，此时传感器作为加速度测量中的惯性元件，它加速度测量中的惯性元件，它的位移与被测加速度成正比，的位移与被测加速度成正比，使加速度测量转变为位移的测使加速度测量转变为位移的测量。量。当被测体带动衔铁以当被测体带动衔铁以x x( (t t) )振动时，导致差动变压器的输振动时，导致差动变压器的输出电压也按相同规律变化。出电压也按相同规律变化。图3-14 差动变压器式加速度传感器1悬臂梁； 2差动变压器传感器与检测技术第3章电感式传感器3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器3.3.1 3.3.1 电涡流式传感器的工

25、作原理电涡流式传感器的工作原理 块状金属导体置于变化磁场中或在磁场中作切割磁块状金属导体置于变化磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，金属导体内将会产生旋涡状的感应电流，力线运动时，金属导体内将会产生旋涡状的感应电流，该现象称为电涡流效应。该现象称为电涡流效应。图3-15 电涡流式传感器原理图1金属导体；2线圈 将一个通以正弦交变电流将一个通以正弦交变电流I I1 1的的扁平线圈置于金属导体附近，则扁平线圈置于金属导体附近，则线圈周围空间将产生一个正弦交线圈周围空间将产生一个正弦交变磁场变磁场H H1 1，使金属导体中感应电涡，使金属导体中感应电涡流流I I2 2，I I2 2又产生一个与又产生

26、一个与H H1 1方向相反方向相反的交变磁场的交变磁场H H2 2，导致传感器线圈的，导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。等效阻抗发生变化。 有效电感量有效电感量L： 电涡流的去磁作用电涡流的去磁作用线圈电感线圈电感量量L。传感器与检测技术第3章电感式传感器 3.3.2 3.3.2 电涡流式传感器的结构电涡流式传感器的结构 电涡流式传感器的结构主要是一个绕制在框架上的扁电涡流式传感器的结构主要是一个绕制在框架上的扁平绕组，绕组的导线应选用电阻率小的材料，一般采用高平绕组，绕组的导线应选用电阻率小的材料，一般采用高强度漆包铜线，强度漆包铜线，图图3-163-16所示为所示为CZF1CZF1型电涡流

27、式传感器的结型电涡流式传感器的结构图，电涡流是采用把导线绕制在框架上形成的，框架采构图，电涡流是采用把导线绕制在框架上形成的，框架采用聚四氟乙烯。用聚四氟乙烯。图3-16 电涡流探头结构1电涡流线圈；2探头壳体；3壳体上的位置调节螺纹；4-印制电路板；5夹持螺母；6电源指示灯；7阈值指示灯；8输出屏蔽电缆线；9电缆插头传感器与检测技术第3章电感式传感器 3.3.3 3.3.3 电涡流式传感器的测量电路电涡流式传感器的测量电路 用于电涡流传感器的测量电路主要有调频式、调幅式用于电涡流传感器的测量电路主要有调频式、调幅式电路两种。电路两种。1 1调频式电路调频式电路 传感器线圈接入传感器线圈接入L

28、CLC振荡回路，当传感器与被测导体距振荡回路，当传感器与被测导体距离离x x改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率的变化，该变化的频率是距离荡频率的变化，该变化的频率是距离x x的函数，即的函数，即f =L(x)f =L(x)，该频率可由数字频率计直接测量，或者通过该频率可由数字频率计直接测量，或者通过f fU U变换，用数变换，用数字电压表测量对应的电压。字电压表测量对应的电压。 振荡频率为：振荡频率为：12fLC（a） （b）图3-17 调频式测量电路（a）测量电路框图；（b）振荡电路传感器与检测技术第3章电感式传感器 2 2

29、调幅式电路调幅式电路 由传感器线圈由传感器线圈L L、电容器、电容器C C和石英晶体组成的石英晶体和石英晶体组成的石英晶体振荡电路。振荡电路。石英晶体振荡器起恒流源的作用，给谐振回路石英晶体振荡器起恒流源的作用，给谐振回路提供一个频率提供一个频率(f(fo o) )稳定的激励电流稳定的激励电流i io o，LCLC回路输出电压为回路输出电压为 U Uo o=i=io of(Z) f(Z) 式中：式中：ZLCZLC回路的阻抗。回路的阻抗。 当金属导体远离或去掉当金属导体远离或去掉时，时，LCLC并联谐振回路谐振频并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率率即为石英振荡频率f fo o，回，回路呈现的阻

30、抗最大，谐振回路呈现的阻抗最大，谐振回路上的输出电压也最大；路上的输出电压也最大；当当金属导体靠近传感器线圈时，金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感线圈的等效电感L L发生变化，发生变化，导致回路失谐，从而使输出导致回路失谐，从而使输出电压降低，电压降低，L L的数值随距离的数值随距离x x的变化而变化。的变化而变化。图3-18 调幅式测量电路示意图传感器与检测技术第3章电感式传感器3.3.4 3.3.4 电涡流式传感器的应用电涡流式传感器的应用1 1低频透射式电涡流厚度传感器低频透射式电涡流厚度传感器 在被测金属板的上方设有发射传感器线圈在被测金属板的上方设有发射传感器线圈L L1 1，

31、在被测，在被测金属板下方设有接收传感器线圈金属板下方设有接收传感器线圈L L2 2。当在。当在L L1 1上加低频电压上加低频电压U U1 1时，时，L L1 1上产生交变磁通上产生交变磁通 1 1，若两线圈间无金属板，则交变，若两线圈间无金属板，则交变磁通直接耦合至磁通直接耦合至L L2 2中，中，L L2 2产生感应电压产生感应电压U U2 2。 如果将被测金属板放入两线圈之如果将被测金属板放入两线圈之间，则间，则L L1 1线圈产生的磁场将导致在金线圈产生的磁场将导致在金属板中产生电涡流，并将贯穿金属板，属板中产生电涡流，并将贯穿金属板，此时磁场能量受到损耗，使到达此时磁场能量受到损耗，

32、使到达L L2 2的的磁通将减弱为磁通将减弱为 1 1 ，从而使，从而使L L2 2产生的感产生的感应电压应电压U U2 2下降。下降。金属板越厚，涡流损金属板越厚，涡流损失就越大，电压失就越大，电压U U2 2就越小。就越小。U U2 2电压的电压的大小反映了被测金属板的厚度。透射大小反映了被测金属板的厚度。透射式涡流厚度传感器的检测范围可达式涡流厚度传感器的检测范围可达1 1100mm100mm，分辨率为，分辨率为0.10.1 m m，线性度，线性度为为1%1%。 图3-19 透射式涡流厚度传感器原理图传感器与检测技术第3章电感式传感器 图3-20 电涡流式转速传感器原理图2 2电涡流式转

33、速传感器电涡流式转速传感器 在软磁材料制成的输入轴上加工一键槽，在距输入表在软磁材料制成的输入轴上加工一键槽，在距输入表面面d d0 0处设置电涡流传感器，输入轴与被测旋转轴相连。处设置电涡流传感器，输入轴与被测旋转轴相连。 当被测旋转轴转动时，当被测旋转轴转动时，电涡流传感器与输出轴的电涡流传感器与输出轴的距离变为距离变为d d0 0+d d。由于电由于电涡流效应，使传感器线圈涡流效应，使传感器线圈阻抗随阻抗随d d的变化而变化，的变化而变化，导致振荡器的电压幅值和导致振荡器的电压幅值和振荡频率发生变化。振荡频率发生变化。因此，因此，随着输入轴的旋转，从振随着输入轴的旋转，从振荡器输出的信号

34、中包含有荡器输出的信号中包含有与转速成正比的脉冲频率与转速成正比的脉冲频率信号。信号。传感器与检测技术第3章电感式传感器 该信号由检波器检出电压幅值的变化量，然后经整形该信号由检波器检出电压幅值的变化量，然后经整形电路输出频率为电路输出频率为f fn n的脉冲信号。该信号经电路处理便可的脉冲信号。该信号经电路处理便可得到被测转速。得到被测转速。这种转速传感器可实现非接触式测量，抗污染能力很这种转速传感器可实现非接触式测量，抗污染能力很强，可安装在旋转轴近旁长期对被测转速进行监视。最强，可安装在旋转轴近旁长期对被测转速进行监视。最高测量转速可达高测量转速可达600000r/min600000r/

35、min。3 3高频反射式电涡高频反射式电涡流厚度传感器流厚度传感器 为了克服带材不够为了克服带材不够平整或运行过程中上、平整或运行过程中上、下波动的影响，在带材下波动的影响，在带材的上、下两侧对称地设的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同置了两个特性完全相同的涡流传感器的涡流传感器S S1 1和和S S2 2。图3-21 高频反射式涡流测厚仪测试系统框图传感器与检测技术第3章电感式传感器 图3-21 高频反射式涡流测厚仪测试系统框图 3 3S S1 1和和S S2 2与被测带材表面之间的距离分别为与被测带材表面之间的距离分别为x x1 1和和x x2 2。若带材厚度不变，则被测带材上、下表面

36、之间的距离总若带材厚度不变，则被测带材上、下表面之间的距离总有有“x x1 1+x+x2 2= =常数常数”的关系存在。两传感器的输出电压之的关系存在。两传感器的输出电压之和为和为2U2Uo o，数值不变。，数值不变。 如果被测带材厚度如果被测带材厚度改变量为改变量为 ，则两传，则两传感器与带材之间的距离感器与带材之间的距离也改变一个也改变一个 ，两传，两传感器输出电压此时为感器输出电压此时为2 2U Uo oU U，U U经放大器经放大器放大后，通过指示仪表放大后，通过指示仪表即可指示出带材的厚度即可指示出带材的厚度变化值。变化值。带材厚度给定带材厚度给定值与偏差指示值的代数值与偏差指示值的

37、代数和就是被测带材的厚度。和就是被测带材的厚度。传感器与检测技术第3章电感式传感器 4 4高频反射式电涡流位移传感器高频反射式电涡流位移传感器 电涡流位移计是根据高频反射式涡流传感器的基电涡流位移计是根据高频反射式涡流传感器的基本原理制作的。电涡流位移计可以用来测量各种形状本原理制作的。电涡流位移计可以用来测量各种形状试件的位移量。试件的位移量。 电涡流位移计测量位移的范围可以从电涡流位移计测量位移的范围可以从0 01mm1mm至至0 030mm30mm，个别产品已达，个别产品已达80mm80mm。一般的分辨率为满量程的。一般的分辨率为满量程的0.1%0.1%，也有达到，也有达到0.50.5 m m的（其全量程为的（其全量程为0 05 5 m m）。）。（a） （b） （c）图图3-22 电涡流位移计测量位移举例电涡流位移计测量位移举例（a）汽轮机主轴的轴向位移；（）汽轮机主轴的轴向位移；（b）磨床换向阀、先导阀的位移；）磨床换向阀、先导阀的位移；（c）金属试件的热膨胀系数）金属试件的热膨胀系数传感器与检测技术第3章