第二章 2 (机械工程测试技术)2013.7

1、1 传感器技术传感器技术 CH22第四节第四节 电感式传感器电感式传感器 1 1 变换原理变换原理 基于电磁感应原理，是把被测量（如位移、压基于电磁感应原理，是把被测量（如位移、压力等）的变化转化为传感器电感量的变化。力等）的变化转化为传感器电感量的变化。 2 2 类型：类型： 自感型（可变磁阻式与涡流式）自感型（可变磁阻式与涡流式） 互感型（差动变压器式）互感型（差动变压器式）33 3 自感型（自感型（可变磁阻式 ）1-1-线圈线圈 2-2-铁芯铁芯 3-3-衔铁衔铁 工作原理：工作原理： 4（1 1）定量分析）定量分析mRNL2002lAAmmmmRRRR铁心衔铁气隙002A2002ANL

2、 则：则：L f ( A, ) 5L f ( A, ) 变气隙式、变截面式自感传感器特性曲线 L=f（A）L=f（），AL6 灵敏度灵敏度: 23200NL2A345200L()LSL 23100%100%非线性非线性:输出：输出：（2）非差动变气隙式）非差动变气隙式7（3）差动）差动变气隙式结构完全对称。结构完全对称。当衔铁当衔铁3 3移动时，一线圈自感增加，另一线圈自移动时，一线圈自感增加，另一线圈自 感减少，形成差动。感减少，形成差动。1线圈线圈3衔铁衔铁4导杆导杆2线圈架线圈架L0L08 差动型电感传感器输出：差动型电感传感器输出： 衔铁上移衔铁上移: : 232001NL2A2320

3、02NL2A1235200LLLN22A 3502L输出输出: :差动变气隙式差动变气隙式9灵敏度：灵敏度：非线性：非线性：差动式与非差动式特性比较：差动式与非差动式特性比较： 差动式的非线性得到很大改善，灵敏度比非差动差动式的非线性得到很大改善，灵敏度比非差动式提高式提高1倍。倍。0LL2S%100)(2L10（4 4）差动与非差动变面积式电感式传感器）差动与非差动变面积式电感式传感器11差动与非差动变面积式差动与非差动变面积式12主测位移（线、角）、振动、压力等。主测位移（线、角）、振动、压力等。（5 5） 用途：用途：13 （6） 特点特点 结构简单、可靠，测量力小结构简单、可靠，测量力

4、小; ; 分辨力高分辨力高; ; 机械位移：机械位移：0.1m0.1m，甚至更小；角位移：甚至更小；角位移：0.10.1角秒。角秒。 输出信号强，电压灵敏度可达数百输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm mV/mm 。 重复性好，线性度优良重复性好，线性度优良; ; 几十几十mm到数百到数百mmmm的位移范围内，输出特性的线性的位移范围内，输出特性的线性 度较好，较稳定。度较好，较稳定。 存在交流零位信号；存在交流零位信号； 不宜于高频动态测量。不宜于高频动态测量。 144 自感式传感器之涡流传感器自感式传感器之涡流传感器 （1 1）变换原理）变换原理: :涡流效应涡流效应),(IfZZ-Z

5、-原线圈的等效阻抗原线圈的等效阻抗i i通入线圈，其周围产生交变磁场，金属体内产生电涡流。通入线圈，其周围产生交变磁场，金属体内产生电涡流。i i i 15涡流穿透深度：涡流穿透深度：（2 2）类型）类型 高频反射式高频反射式 低频透射式低频透射式 导体电阻率导体电阻率( (cmcm) )r r导体相对磁导率导体相对磁导率 f交变磁场频率交变磁场频率(Hz)(Hz)频率越高频率越高, ,集肤效应越大集肤效应越大 集肤效应集肤效应5030rf 16高频反射式（广用）涡流传感器高频反射式（广用）涡流传感器 图图3-15 a3-15 a17 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器18 （3）结构：

6、）结构： 由一安置在框架上的扁平圆线圈和电缆等组成。由一安置在框架上的扁平圆线圈和电缆等组成。 1234561 1 线圈线圈 2 2 框架框架 3 3 衬套衬套 4 4 支架支架5 5 电缆电缆 6 6 插头插头19（4 4）应用）应用 导磁产品计数导磁产品计数 位移测量位移测量 振幅测量振幅测量 材质、转速材质、转速 应力、硬度应力、硬度 金属材料无损探伤金属材料无损探伤（裂纹、缺陷、残余应力） 20eg: 21位移测量位移测量eg:1 1被测板被测板 2 2涡流传感器涡流传感器(a) 汽轮机主轴的轴向位移测量汽轮机主轴的轴向位移测量(b) 磨床换向阀、先导阀的位移测量磨床换向阀、先导阀的位

7、移测量(c) 金属试件的热膨胀系数测量金属试件的热膨胀系数测量 22egeg: :振幅测量振幅测量 1 1被测体被测体 2 2传感器传感器(a) 汽轮机、空气压缩机主轴径向振动监控汽轮机、空气压缩机主轴径向振动监控 动不平衡量及位置测量动不平衡量及位置测量(b)(b)发动机涡轮叶片振幅的测量发动机涡轮叶片振幅的测量(c)(c)数个传感器探头并排安置在轴附近（振型测量）数个传感器探头并排安置在轴附近（振型测量） 23egeg: :厚度测量厚度测量 2460Nfn f 频率值频率值(Hz)； N 旋转体的槽旋转体的槽(齿齿)数；数； n 被测轴的转速被测轴的转速(rmin)。 egeg: :转速测量转速测量 25egeg: :涡流无损探伤涡流无损探伤 26egeg: :涡流无损探伤涡流无损探伤a)a)较浅的裂缝信号较浅的裂缝信号 b)b)经幅值甄别后的信号经幅值甄别后的信号 27（1 1）变换原理）变换原理: :互感效应互感效应.5 5 互感型电感传感器互感型电感传感器-差动变压器传感器差动变压器传感器 差动变压器传感器的结构与输出差动变压器传感器的结构与输出28差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器 29（3 3）差动变压器传感器作小位移测量的）差动变压器传感器作小位移测量的差动相敏检波电路差动相敏检波电路 差动相敏