第5章电感式传感器

1、主要内容：主要内容： 5.1 5.1 变磁阻式电感传感器变磁阻式电感传感器 5.2 5.2 差动变压器式电感传感器差动变压器式电感传感器 5.3 5.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 5.4 5.4 电感式传感器的应用电感式传感器的应用 各种电感式传感器各种电感式传感器非接触式位移传感器测厚传感器电感粗糙度仪接近式传感器002mFRRRRSR Rm m ：磁路总磁组；：磁路总磁组； R RF F ：铁芯：铁芯R R气隙磁阻气隙磁阻; ; : : 隙厚度；隙厚度； 0 0 : :导磁率（真空）；导磁率（真空）； S S0 0 : : 气隙的截面积气隙的截面积. .线圈电感量可按下式计算线圈电感量

2、可按下式计算：式中：式中： N N 线圈匝数线圈匝数 ； 变磁阻式传感器又分为：变磁阻式传感器又分为： 变变气隙厚度气隙厚度型（型（）( (上下运动上下运动) ) 变变气隙截面积气隙截面积型（型（S S0 0）( (前后左右运动前后左右运动) )2200/2mNSLNR002mRS角度角度截面积截面积厚度厚度 可见只要改变气隙厚度或气隙截面积可见只要改变气隙厚度或气隙截面积就可以改变就可以改变。 下面以下面以变气隙式变气隙式进行讨论进行讨论220000000000/ 22()(1/)1/NSNSLLLL 200002NSL0 0LL0 L0+L L0-L22002NSNLRm量为量为特性曲线非

3、线性特性曲线非线性/ / 1 1时，用泰勒级数展开。时，用泰勒级数展开。/ / 1 1时，可将前式用泰勒级数展开时，可将前式用泰勒级数展开, ,求出电感增量求出电感增量23000001()()LLLL 22300000001()()()LL 衔铁衔铁下移下移时电感的相对增量时电感的相对增量增大增大衔铁衔铁上移上移时电感的相对增量时电感的相对增量减小减小22300000001()()()LL 对上式作线性处理对上式作线性处理 / / ZZ2 2，输出电压为输出电压为 02ULUL 当衔铁偏向另一方向当衔铁偏向另一方向 Z Z1 1ZZ2 2，输出电压为，输出电压为 120112122222ZZU

4、UUUZULUZZZZZZL22() /2ZRL02ULUL被测压力被测压力经过位移、经过位移、电压两次电压两次转换输出转换输出0 0可取得很小可取得很小, , 0 0 = 0.1= 0.10.5mm,0.5mm, 当当 =1m =1m 时，时，L/LL/L0 0可达可达 1/100 1/100 1/5001/500。灵敏度高，缺点是非线性严重灵敏度高，缺点是非线性严重, ,自由行程自由行程 小，工艺制作难。小，工艺制作难。 游标卡尺分辨率为游标卡尺分辨率为0.02mm; 0.02mm; 千分尺分辨率为千分尺分辨率为0.01mm;0.01mm; 现代机械加工要求测量工具的分辨率高于公差的一现代

5、机械加工要求测量工具的分辨率高于公差的一个数量级，传统工具无法实现，电感传感器的分辨率个数量级，传统工具无法实现，电感传感器的分辨率可达可达0.010.01m ,m ,可优于要求公差。可优于要求公差。新型测量工具设计结构示意图新型测量工具设计结构示意图1.1.结构结构 塑料骨架上绕制线圈塑料骨架上绕制线圈, ,中间初级，两边次级中间初级，两边次级, ,铁芯在铁芯在骨架中间可上下移动骨架中间可上下移动; ;这种传感器根据这种传感器根据变压器变压器的基本原理制成，并将次级线的基本原理制成，并将次级线圈绕组用圈绕组用差动形式差动形式连接。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

6、用最多的是应用最多的是螺线管式螺线管式差动变压器差动变压器( (介绍三节式介绍三节式),),可测量可测量1100mm 1100mm 范围内机范围内机械位移。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v 把被测的非电量变化转换成为线圈把被测的非电量变化转换成为线圈互感互感量的变化的量的变化的传感器称为互感式传感器。传感器称为互感式传感器。2.2.等效电路等效电路 初级初级L L1 1，次级线圈，次级线圈L L2a2a、L L2b2b须反相连接，保证差动形式须反相连接，保证差动形式 如果线圈完全对称，并且衔铁处于中间位置时两线圈互感系数相等如果线圈完全对称，并且衔铁处

7、于中间位置时两线圈互感系数相等abMM22abEE0220abUEE差动输出电压为零：差动输出电压为零：并且有两线圈电动势相等并且有两线圈电动势相等线圈同名端连接线圈同名端连接差动变压器的输出电压差动变压器的输出电压大小大小和和符号符号反映了铁心位移的大小和方向。反映了铁心位移的大小和方向。当衔铁上下移动时，输出电压大小、极性随衔铁位移变化当衔铁上下移动时，输出电压大小、极性随衔铁位移变化22abEE 若衔铁上移若衔铁上移 22abEE 若衔铁下移若衔铁下移 输出电压与输入同相输出电压与输入同相输出电压与输入反相输出电压与输入反相由此得到输出电压有效值为由此得到输出电压有效值为 ：02211(

8、)()abiMMUUrL 差动变压器输出电压与差动变压器输出电压与互感的差值互感的差值成正比。成正比。21aaEj M I 21bbEj M I 根据电磁感应定律，次级感应电动势分别为根据电磁感应定律，次级感应电动势分别为0221ababUEEjMMI输出电压输出电压次级开路时，初级次级开路时，初级 电流代入上式电流代入上式111/iIUrjL022112,()iabUMMMUrL022112,()iabUMMMUrL 铁芯在中间位置时铁芯在中间位置时 铁芯向上移（右移）铁芯向上移（右移）输出与输出与E E2a2a同极性同极性；0,0abMM U02211()()abiMMUUrLv 差动变压

9、器输出交流电压，差动变压器输出交流电压， 存在相位问题，负存在相位问题，负- -表示反相。表示反相。 铁芯向下移（左移）铁芯向下移（左移）输出与输出与E E2b2b同极性同极性；差动变压器输出差动变压器输出电压和位移的关系电压和位移的关系1.1.差动变压器差动变压器输出电压幅值取决于线圈互输出电压幅值取决于线圈互 感感M M，即衔铁在线圈中移动的即衔铁在线圈中移动的距离距离X X， 而而U0与与Ui的相位决定衔铁的的相位决定衔铁的移动方向移动方向；2. 输出电压输出电压U0与激励电压与激励电压Ui有关，应尽可能有关，应尽可能 大；大；U0与激励频率成正比，中频应用在与激励频率成正比，中频应用在

10、 4001000Hz；3. 输出电压的正、负（反相）结果，经相敏输出电压的正、负（反相）结果，经相敏 检波后输出曲线反行程翻转为过零直线；检波后输出曲线反行程翻转为过零直线；02211()()abiMMUUrL 差动变压器灵敏度可达差动变压器灵敏度可达 0.10.15V/mm5V/mm； 其中包括三个内容其中包括三个内容: : 传感器类型、转换电路、电源。传感器类型、转换电路、电源。 出厂测定灵敏度规定：电源出厂测定灵敏度规定：电源1V1V，衔铁位移，衔铁位移1m1m的输出电压的输出电压U U0 0 讨论讨论差动变压器结构形式差动变压器结构形式 理论上讲，铁芯处于中间位置时输出电压应为零，而实

11、际输出理论上讲，铁芯处于中间位置时输出电压应为零，而实际输出U U0 000，在零点上总有一个最小的输出电压，这个铁芯处于中间位置时，在零点上总有一个最小的输出电压，这个铁芯处于中间位置时最小不为零的电压称为最小不为零的电压称为零点残余电压零点残余电压。v 产生产生零点残余电压零点残余电压的原因是：的原因是：1.1.由于两个次级线圈绕组电气参数（由于两个次级线圈绕组电气参数（M M互感互感 L L电感电感 R R内阻）不同，几何内阻）不同，几何尺寸工艺上很难保证完全相同，尺寸工艺上很难保证完全相同，2.2.电源中高次谐波，线圈寄生电容的存在等，使实际的特性曲线总有电源中高次谐波，线圈寄生电容的

12、存在等，使实际的特性曲线总有最小输出。最小输出。v 零点残余电压零点残余电压主要成分是频率、幅度不同主要成分是频率、幅度不同的的基波、谐波基波、谐波. .零点残余电压过大会使灵敏零点残余电压过大会使灵敏度下降，非线性误差增大，放大器末级饱和，度下降，非线性误差增大，放大器末级饱和，因此是直接影响传感器质量的参数。因此是直接影响传感器质量的参数。v 为减小零点残余电压的影响为减小零点残余电压的影响 变压器工艺上采取措施，电路补偿等变压器工艺上采取措施，电路补偿等. .为减小零点残余电压的影响，一般要用电路进行补偿为减小零点残余电压的影响，一般要用电路进行补偿, ,电路补偿电路补偿 的方法较多的方

13、法较多, ,可采用以下方法。可采用以下方法。 串联电阻：消除两次级绕组基波分量幅值上的差异；串联电阻：消除两次级绕组基波分量幅值上的差异； 并联电阻电容：消除基波分量相差，减小谐波分量；并联电阻电容：消除基波分量相差，减小谐波分量； 加反馈支路：初、次级间反馈，减小谐波分量；加反馈支路：初、次级间反馈，减小谐波分量； 相敏检波电路相敏检波电路对零点残余误差有很好的抑制作用。对零点残余误差有很好的抑制作用。 这些电路可单个使用也可综合使用，需要通过实验证实效果这些电路可单个使用也可综合使用，需要通过实验证实效果串串联联电电阻阻并并联联电电阻阻 差动变压器输出交流信号差动变压器输出交流信号, ,为

14、正确反映位移大小和方向，为正确反映位移大小和方向， 常采用常采用差动整流电路差动整流电路和和相敏检波电路相敏检波电路。 差动整流电路输入一交流信号时，无论极性如何，整流差动整流电路输入一交流信号时，无论极性如何，整流 电路的输出电压始终为电路的输出电压始终为 U0 = UAO-UBO 上绕组输出始终为上绕组输出始终为 U24 下绕组输出始终为下绕组输出始终为 U68 R0为调零电阻为调零电阻（1）差动整流电路）差动整流电路 整流电路的输出电压大小极性与铁心位置有关：整流电路的输出电压大小极性与铁心位置有关： 铁心铁心T在中间位置时，在中间位置时，U24 = U68 ，U0 = 0 ; 铁心铁心

15、T上移，上移， U24 U68 ，U0 0 ； 铁心铁心T下移，下移， U24 U68 ，U0 0 。（1）差动整流电路）差动整流电路差动整流电路分析动画演示：差动整流电路分析动画演示：差分整流上线圈上半周差分整流上线圈上半周差分整流上线圈下半周差分整流上线圈下半周差分整流下线圈上半周差分整流下线圈上半周差分整流下线圈下半周差分整流下线圈下半周 铁芯上移铁芯上移 铁芯下移铁芯下移U0U0 差动整流电路的特点：结构简单，可以不考虑差动整流电路的特点：结构简单，可以不考虑相位调整相位调整 和和零点残余电压零点残余电压的影响的影响, ,分布电容影响小，便于远距离分布电容影响小，便于远距离 传输。传输

16、。（2 2）集成相敏检波电路）集成相敏检波电路 差动变压器输出与差动放大器连接差动变压器输出与差动放大器连接 （2）集成相敏检波电路）集成相敏检波电路 输出正负电压的结果由相敏检波后反行程旋转输出正负电压的结果由相敏检波后反行程旋转 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 差动变压器式传感器可直接用于位移测量，也可以测量差动变压器式传感器可直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如振动，加速度，应变等等。与位移有关的任何机械量，如振动，加速度，应变等等。1.1.压差计压差计 当压差变化时，腔内膜当压差变化时，腔内膜片位移使

17、差动变压器次级电片位移使差动变压器次级电压发生变化，输出与位移成压发生变化，输出与位移成正比，与压差成正比。正比，与压差成正比。 沉筒式液位计将水位变化转换成位移变化，沉筒式液位计将水位变化转换成位移变化，再转换为电感的变化，差动变压器的输出反映液再转换为电感的变化，差动变压器的输出反映液位高低。位高低。 L L1 1、L L2 2传感器作两个桥臂；传感器作两个桥臂；C C1 1、C C2 2为另外两个桥臂；为另外两个桥臂；DD1 1-D-D4 4组成相敏整流器组成相敏整流器; ;磁饱和变压器磁饱和变压器T T提供桥压。提供桥压。 被测厚度正常时，被测厚度正常时，L L1 1= L= L2 2

18、，U Uc c=U=Ud d，I IMM= 0= 0； 设厚度变化，设厚度变化，T T上移，上移，L L1 1L L2 2，Z Z1 1Z Z2 2正半周正半周（a+，b-）时，时，DD1 1、DD4 4导通导通， I I1 1I I4 4 ；负半周负半周（a-，b+）时，时，DD2 2、DD3 3导通导通， I I3 3I I2 2 ；3.3.电感测厚仪电感测厚仪（二极管相敏检波电路（二极管相敏检波电路) ) 无论极性如何始终有无论极性如何始终有 UdUc ,电流方向电流方向 若若T下移下移L1 L2，Z1 Z2 UdUc ，电流方向，电流方向 电感位移测量仪电感位移测量仪电感式游标卡尺、千

19、分尺、深度尺、高度尺电感式游标卡尺、千分尺、深度尺、高度尺 测振动 测轴心轨迹 测厚 测转速 金属导体金属导体UAC10 110 121R Ij L Ij MIU122220j MIR Ij L I101010ZRj L2221102222()MLLLRL222212211010222212222()()UM RM LZRjLIRLRL2221102222()MRRRRL2221102222()MLLLRL2221102222()MRRRRL1(,)Zfd金属金属扁平线圈扁平线圈涡流区涡流区r/ros1hrosjr ros os /0z hzjj ehzzj0/j e0j金属金属扁平线圈扁平线

20、圈j21221osxIIxrv I1为线圈激励电流，I2 为金属导体中的等效电流（涡流）v x = 0 处，I2 = I1；x/ros= 1，I2 = 0.3I1,v I2 只有在 x/ros ros时电涡流很弱了，所以测大位移时线圈直径要大。 要增加测量范围需加大线圈直径，传感器要增加测量范围需加大线圈直径，传感器体积增大体积增大, ,这是电涡流传感器应用的局限性。这是电涡流传感器应用的局限性。x/rosI2/I11.01 2 3 4 1;2fL x C 001;2fL x CLQR2221102222()MLLLRL2221102222()MRRRRL 电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测

21、量范围宽、电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点，在大型旋转机械油污等介质的影响、结构简单等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。 电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，例如电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，例如金属材料的厚金属材料的厚度、尺寸、形状、电导率、磁导率、表面因素、距离等度、尺寸、形状、电导率、磁导率、表面因素、距离等，因因此存在许多不确定因素，一个或几个因素的微小变化就足以此存在许多不

22、确定因素，一个或几个因素的微小变化就足以影响测量结果。所以电涡流传感器多用于影响测量结果。所以电涡流传感器多用于定性测量定性测量。 在用作在用作定量测量时，必须采用定量测量时，必须采用逐点标定、计算机线性纠正、温度补逐点标定、计算机线性纠正、温度补偿偿等措施。等措施。 在金属板的上下方分别设有发射传感在金属板的上下方分别设有发射传感器线圈器线圈L L1 1和接收传感器线圈和接收传感器线圈L L2 2，L L1 1加低加低频电压频电压U U1 1时，时，L L1 1上产生交变磁通。上产生交变磁通。 无金属板时，磁通直接耦合至无金属板时，磁通直接耦合至L L2 2 ，L L2 2产生感应产生感应电

23、压；电压； 如果金属板放置两线圈之间，线圈如果金属板放置两线圈之间，线圈L L1 1在金属板在金属板中产生电涡流，磁场能量受到损耗，使达到中产生电涡流，磁场能量受到损耗，使达到L L2 2的磁通减弱，最终使的磁通减弱，最终使L L2 2上感应电动势减弱。上感应电动势减弱。 金属板越厚，涡流磁能损失越多，下线圈金属板越厚，涡流磁能损失越多，下线圈L L2 2上上感应电动势输出感应电动势输出U U2 2越小。通过测量越小。通过测量U U2 2检测金属检测金属板的厚度。板的厚度。 透射式涡流传感器可检测透射式涡流传感器可检测1 1100mm100mm范围。范围。测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪测量

24、金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪 测量冷轧板厚度测量冷轧板厚度导向辊导向辊电涡流金属板、带材厚度测量 , ,可可 2.2.电涡流探伤电涡流探伤 由于趋肤效应，导体表面电涡流密度最大，表面信息量最大，可采用由于趋肤效应，导体表面电涡流密度最大，表面信息量最大，可采用电涡流传感器测量金属表面缺陷，当导体表面存在缺陷时会引起金属的电涡流传感器测量金属表面缺陷，当导体表面存在缺陷时会引起金属的电阻率电阻率、磁导率、磁导率的变化；的变化；可用于可用于金属表面裂纹、热处理裂纹、焊接金属表面裂纹、热处理裂纹、焊接处质量探伤。处质量探伤。 探伤时传感器与被测金属保持距离不变，如果有裂纹导体电阻率会发探伤时传感器

25、与被测金属保持距离不变，如果有裂纹导体电阻率会发生变化，涡流损耗的改变引起涡流强度变化使电路输出电压变化。生变化，涡流损耗的改变引起涡流强度变化使电路输出电压变化。火车车轮裂纹检测火车车轮裂纹检测传感器安装传感器安装应覆盖车轮应覆盖车轮裂纹输出信号裂纹输出信号车轮周长车轮周长开始开始结束结束电涡流表面探伤电涡流表面探伤 手持式裂纹测量仪手持式裂纹测量仪油管油管探伤探伤轴承滚子涡流探伤机轴承滚子涡流探伤机轴承滚子涡流探伤轴承滚子涡流探伤机是由计算机控制的机是由计算机控制的轴承滚子表面微裂纹轴承滚子表面微裂纹探伤的专用设备，可探伤的专用设备，可探出深探出深 30m的表面微的表面微小裂纹。小裂纹。手

26、提式探伤仪外形手提式探伤仪外形掌上型掌上型电涡流电涡流探伤仪探伤仪用掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹用掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹台式电涡流探伤仪台式电涡流探伤仪花瓣阻抗图花瓣阻抗图3.3.电涡流位移传感器用于轴向位移的监测电涡流位移传感器用于轴向位移的监测 1旋转设备（汽轮机）旋转设备（汽轮机） 2主轴主轴 3联轴器联轴器 4电涡流探头电涡流探头 5夹紧螺母夹紧螺母 6发电机发电机 7基座基座位移的标定方法位移的标定方法使用千分尺，逐一对照测量电路的输出电压及数显表读数，使用千分尺，逐一对照测量电路的输出电压及数显表读数，列出对照表，存入计算机列出对照表，存入计算机，从而达到，从而达到线性化

27、和曲线拟合线性化和曲线拟合的目的。的目的。电涡流位移传感器的静态位移标定设备电涡流位移传感器的静态位移标定设备 11探头夹具探头夹具 22电涡流探头电涡流探头 33标准圆片状试件标准圆片状试件 44千分千分尺测杆尺测杆 55千分尺套筒千分尺套筒 66套筒定螺钉套筒定螺钉 77千分尺千分尺 88底底座座 99水平调节垫脚水平调节垫脚电涡流位移传感器的标定电涡流位移传感器的标定 在标定区域里，共在标定区域里，共设置多个测量点设置多个测量点。首先调节千分尺的读首先调节千分尺的读数为数为0.000mm。旋松探头夹具的调节螺母，。旋松探头夹具的调节螺母，使探头与试件刚好使探头与试件刚好接触接触，计算机测

28、得探头绝对零位的输出电压计算机测得探头绝对零位的输出电压。然后旋动千分尺，。然后旋动千分尺，使试件缓慢离开探头，使试件缓慢离开探头，每隔设定的位移（例如每隔设定的位移（例如0.8mm），测量），测量电涡流传感器的输出电压电涡流传感器的输出电压。电涡流位移传感器的标定过程示意图电涡流位移传感器的标定过程示意图 1正程数据（黑点正程数据（黑点 ） 2正程折线（细实线）正程折线（细实线）3回程数据（空心圆圈回程数据（空心圆圈 ） 4回程折线（虚线）回程折线（虚线） 5计算计算机拟合曲线（粗实线）机拟合曲线（粗实线）420mA电涡流位移传感器外形电涡流位移传感器外形齐平式电涡流位移齐平式电涡流位移传感

29、器外形传感器外形 齐平式传感器安装时可以不高出安装面，不易被齐平式传感器安装时可以不高出安装面，不易被损害。损害。V V系列系列电涡流位移电涡流位移传感器外形传感器外形齐平式齐平式V V系列系列电涡流位移电涡流位移传感器性能一览表传感器性能一览表4.偏心和振动检测偏心和振动检测电涡流探头电涡流探头 机械振动测量含有机械振动测量含有幅值、相位和频率幅值、相位和频率的信息。旋转的信息。旋转机械的运动状态主要取决于核心机械的运动状态主要取决于核心转轴转轴，而电涡流，而电涡流传感器能直接非接触测量转轴的状态，对诸如传感器能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹的不平

30、衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦及发生摩擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。 电涡流传感器目前广泛应用于电涡流传感器目前广泛应用于电力、石油、化工、电力、石油、化工、冶金等行业冶金等行业, ,对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等。研究和零件尺寸检验等。涡流轴心轨迹测量涡流轴心轨迹测量

31、 轴心轨迹测量实验装置轴心轨迹测量实验装置 轴心轨迹是转子运行时轴心的位置，忽略轴的圆度误差，可以将轴心轨迹是转子运行时轴心的位置，忽略轴的圆度误差，可以将两个电涡流位移传感器探头安装为相互成两个电涡流位移传感器探头安装为相互成9090度，并调整好两个探头到度，并调整好两个探头到主轴的距离（约主轴的距离（约1.6mm1.6mm）。）。 调整时，使从前置电路输出的信号刚好为调整时，使从前置电路输出的信号刚好为0mV0mV，转子启动后两个传，转子启动后两个传感器测量的就是它在两个垂直方向感器测量的就是它在两个垂直方向(X,Y)(X,Y)上的瞬时位移，合成为李沙上的瞬时位移，合成为李沙育图就是转子的

32、轴心运动轨迹。育图就是转子的轴心运动轨迹。轴心轨迹测量轴心轨迹测量通过测量间隙来测量径向跳动通过测量间隙来测量径向跳动电涡流探头电涡流探头5.5.测量弯曲、波动、变形测量弯曲、波动、变形对桥梁、丝杆等机械结构的振动测量，须使用多个电涡流对桥梁、丝杆等机械结构的振动测量，须使用多个电涡流传感器，但工作频率必须错开。传感器，但工作频率必须错开。交变磁场交变磁场6.6.测量尺寸、公差及测量尺寸、公差及零件识别零件识别 通过测量间隙来通过测量间隙来测定热膨胀引起测定热膨胀引起的上下平移的上下平移7.测量封口机工作间隙测量封口机工作间隙间隙越大，电涡间隙越大，电涡流越小流越小电涡流探头电涡流探头测量注塑

33、机开合模的间隙测量注塑机开合模的间隙间距间距电涡流位移传感器的距离电涡流位移传感器的距离与输出电压特性曲线与输出电压特性曲线1 1、2 2、3 3 的量程和线性范围各为多少的量程和线性范围各为多少mmmm？8.振动测量振动测量检波后，检波后，得到正半周得到正半周，低通滤波器滤除载波后，得到被测振，低通滤波器滤除载波后，得到被测振动的各项参数：振幅、周期、频率、失真等。动的各项参数：振幅、周期、频率、失真等。用电涡流调用电涡流调幅法测量简谐振幅法测量简谐振动时，输出为典动时，输出为典型的型的调幅波形调幅波形检波二极管仅让正半周信号通过检波二极管仅让正半周信号通过8.振动测量振动测量a）径向振动测

34、量）径向振动测量 b）长轴多线圈测量）长轴多线圈测量 c）叶片振动测量）叶片振动测量1电涡流线圈电涡流线圈 2被测物被测物调频法测量振动的波形调频法测量振动的波形8.8.振动测量振动测量汽轮机叶片参数的检测汽轮机叶片参数的检测 测量悬臂梁的振幅及频率测量悬臂梁的振幅及频率叶片共振法振动测量波形叶片共振法振动测量波形汽轮机叶片的激振测量示意图汽轮机叶片的激振测量示意图可以用可以用激振小锤激振小锤敲击叶片根部，利用李萨如（李沙茹）图形敲击叶片根部，利用李萨如（李沙茹）图形法测量汽轮机叶片的共振频率。而现在更多地利用计算机直接法测量汽轮机叶片的共振频率。而现在更多地利用计算机直接计算出振动信号的多项

35、参数。计算出振动信号的多项参数。李萨如（李萨如（Jules Antoine Lissajous）图形）图形振动传感器的输出接到示波器的振动传感器的输出接到示波器的Y轴上，信号发生器的输出轴上，信号发生器的输出接到示波器的接到示波器的X轴上，示波器的光点的运动轨迹就是李萨如图形。轴上，示波器的光点的运动轨迹就是李萨如图形。如果两个信号的频率相同，光点的轨迹为一个椭圆。整数倍比如果两个信号的频率相同，光点的轨迹为一个椭圆。整数倍比例时例时,光点的轨迹见光点的轨迹见2:1、3:1、3:2等图形等图形,李萨如图形与两个信号李萨如图形与两个信号的相位差有关。的相位差有关。2:12:1和和4:34:3及及

36、8:58:5时李萨如图形的动画演示时李萨如图形的动画演示振幅、周期、频率的计算振幅、周期、频率的计算 叶片叶片振动的周期振动的周期T 为多少为多少ms，频率频率f 为多少为多少Hz？ 叶片叶片振动的幅度振动的幅度A为多少为多少mm？A9.转速测量转速测量 若转轴上开若转轴上开z z 个槽个槽( (或齿或齿) )，频率计的读数为，频率计的读数为f（单位为（单位为Hz），），则转轴的转速则转轴的转速n（单位为（单位为r/min）的计算公式为）的计算公式为 60 fnz10T转速传感器与齿轮的相对位置转速传感器与齿轮的相对位置齿轮转速测量的计算齿轮转速测量的计算 例例： 设齿数设齿数z z =48，

37、测得频率，测得频率 f=120Hz，求：该，求：该齿轮齿轮的转速的转速n 。解：解：n =60f / z=6012048=720048 =150r/min1电涡流线圈电涡流线圈 2被测物被测物电动机电动机转速测量转速测量10.镀层厚度测量镀层厚度测量 由于存在由于存在集肤效应，镀层或箔层越薄，电涡流越小集肤效应，镀层或箔层越薄，电涡流越小。测。测量前，可先用电涡流测厚仪对标准厚度的镀层和铜箔作出量前，可先用电涡流测厚仪对标准厚度的镀层和铜箔作出“厚厚度度- -输出输出”电压的标定曲线电压的标定曲线，以便测量时对照。，以便测量时对照。 镀层厚度测量示意图镀层厚度测量示意图 1电涡流测厚仪电涡流测

38、厚仪 2金属镀层金属镀层 3塑料工件塑料工件电涡流涂层厚度电涡流涂层厚度测量仪原理测量仪原理塑料表面的金塑料表面的金属镀层越厚，电属镀层越厚，电涡流就越大。涡流就越大。测量绝缘层厚度测量绝缘层厚度测量绝缘层厚度与测量金属镀测量绝缘层厚度与测量金属镀层的原理是相反的。层的原理是相反的。绝缘层越厚，绝缘层越厚，探头与金属板之间的距离就越大探头与金属板之间的距离就越大，电涡流就越小电涡流就越小。11.电涡流式通道安全检电涡流式通道安全检查门查门 安检门的内部设置有安检门的内部设置有发射线发射线圈和接收线圈圈和接收线圈。当有金属物体通。当有金属物体通过时，交变磁场就会在该金属导过时，交变磁场就会在该金

39、属导体表面产生电涡流，会在接收线体表面产生电涡流，会在接收线圈中感应出电压，计算机根据圈中感应出电压，计算机根据感感应电压的大小、相位应电压的大小、相位来判定金属来判定金属物体的大小。如果采用物体的大小。如果采用1 16 6区线区线圈检测技术圈检测技术，可以显示，可以显示报警的部报警的部位位。金属金属报警报警电涡流式通道金属安全检查门原理电涡流式通道金属安全检查门原理 由由1个大线圈、个大线圈、6个小线圈、补偿线圈等组成个小线圈、补偿线圈等组成。L11、L12与与L21、L22相互垂直，成相互垂直，成电气正交状态电气正交状态，无磁路交链，无磁路交链,o=0。在有金属物。在有金属物体通过体通过L

40、11、L12形成的交变磁场形成的交变磁场H1时，时，交变磁场就会在该金属导交变磁场就会在该金属导体表面产生电涡流体表面产生电涡流。电涡流也将产生一个新的微弱磁场。电涡流也将产生一个新的微弱磁场H2。H2的相位与金属体位置、大小等有关，但与的相位与金属体位置、大小等有关，但与L21、L22不再正交，因不再正交，因此此可以在可以在L21、L22中感应出电压中感应出电压。H2安检门灵敏度的设定安检门灵敏度的设定根据人体基本结构，根据人体基本结构，将安检门划分将安检门划分为为6个探测区域个探测区域，可，可进行进行100级灵敏度级灵敏度的调整的调整，根据实际应用状况，预先设，根据实际应用状况，预先设定灵

41、敏度的级别。最高灵敏度可探测定灵敏度的级别。最高灵敏度可探测到一枚回形针大小的金属，但到一枚回形针大小的金属，但又可排又可排除除皮带扣、钥匙、首饰、硬币等物品。皮带扣、钥匙、首饰、硬币等物品。30300GHz毫米波安测门与低剂量毫米波安测门与低剂量X光扫描安检门的光扫描安检门的区别区别毫米波电视摄像机毫米波电视摄像机是一种是一种被动摄像机被动摄像机，不会对人体和被检物品造成损害不会对人体和被检物品造成损害。可以对附着在受检人身体上的有机物及无机物进行准确检测。可以对附着在受检人身体上的有机物及无机物进行准确检测。可以可以避免安检人员进行手检避免安检人员进行手检时徒手探摸给受检人员造成的不舒时徒

42、手探摸给受检人员造成的不舒适感。适感。超低剂量超低剂量X光安检光安检门门3分钟停留，相当分钟停留，相当于于4分钟高空飞行分钟高空飞行。能分辨能分辨0.1mm铜丝铜丝。差动变压器式布匹张力控制差动变压器式布匹张力控制当卷取辊转动太快时，布料的张力将增大，导致张力辊向上位当卷取辊转动太快时，布料的张力将增大，导致张力辊向上位移，使差动变压器的衔铁不再处于中间位置。移，使差动变压器的衔铁不再处于中间位置。N21与与N1之间的互感之间的互感量量M1增加，增加，N22与与N1的互感量的互感量M2减小，因此减小，因此U21增大，增大，U22减小，减小，经经差动整流之后，差动整流之后，Uo为负值，去控制伺服

43、电动机，使它的转速变慢，为负值，去控制伺服电动机，使它的转速变慢，从而使张力恒定。从而使张力恒定。电感式不圆度计电感式不圆度计 采用采用旁向式电感测微头旁向式电感测微头电感式不圆度测试系统电感式不圆度测试系统旁向式电感测微头旁向式电感测微头电感式不圆度测量系统电感式不圆度测量系统旋转盘旋转盘测量测量头头不圆度测量打印不圆度测量打印电感传感器式轮廓仪电感传感器式轮廓仪 旁向式旁向式电感电感 测微头测微头压力压力测量测量 1 1压力输入接口压力输入接口 2 2波纹膜盒波纹膜盒 3 3膜盒的自由端膜盒的自由端 4 4印制电路板印制电路板 5 5差动绕组差动绕组 6 6衔铁衔铁 7 7电源变压器电源变

44、压器8 8罩壳罩壳 9 9指示灯指示灯 1010密封隔板密封隔板 1111安装底座安装底座压力变送器结构压力变送器结构膜盒由两片波纹膜片膜盒由两片波纹膜片焊接而成焊接而成。波纹膜片是波纹膜片是一种压有同心波纹的圆一种压有同心波纹的圆形金属薄膜形金属薄膜。当膜片四当膜片四周固定，两侧面存在压周固定，两侧面存在压差时，膜片将弯向压力差时，膜片将弯向压力低的一侧低的一侧，因此，因此能够将能够将压力转换为位移压力转换为位移。波纹波纹膜片比平膜片柔软得多膜片比平膜片柔软得多，因此因此多用作测量较小压多用作测量较小压力的弹性敏感元器件力的弹性敏感元器件。压力变送器电路分析压力变送器电路分析220V电源变压

45、器的二次侧经桥式整流、电解电容滤波后，输出电源变压器的二次侧经桥式整流、电解电容滤波后，输出电压经三端稳压集成块转变成稳定的电压经三端稳压集成块转变成稳定的18V直流电压，为差动变压直流电压，为差动变压器的交流激励源提供能源。也器的交流激励源提供能源。也可以用开关电源来代替以上的降压、可以用开关电源来代替以上的降压、整流、稳压环节整流、稳压环节。当被测工件的直径当被测工件的直径D为标准值时，为标准值时，u21= u22，UAC =0。当被测工件的直径当被测工件的直径D增大时，增大时，u21增大，增大， u22减小，在滤波减小，在滤波电容上合成的电压电容上合成的电压UAC 为上正下负的直流电压为

46、上正下负的直流电压。幅值与。幅值与D的增量的增量成正比。成正比。 D减小时，减小时， UAC 为上负下正为上负下正。再经。再经U/I转换器，转换器，将输出电将输出电压转换成压转换成420mA的标准输出电流的标准输出电流Io。D（开关电源）（开关电源）一次仪表及电流输出型仪表一次仪表及电流输出型仪表 上述压力变送器已经将传感器与信号调理电路组合上述压力变送器已经将传感器与信号调理电路组合在一个壳体中，这在工业中被称为在一个壳体中，这在工业中被称为一次仪表一次仪表。一次仪表的输出信号可以是一次仪表的输出信号可以是电压电压，也可以是，也可以是电流电流。由于由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输电流

47、信号不易受干扰，且便于远距离传输（可以（可以不考虑线路压降），所以在工业中多采用不考虑线路压降），所以在工业中多采用电流输出型电流输出型一次仪表。一次仪表。420mA输出方式及二线制仪表输出方式及二线制仪表新的仪表标准规定电流输出为新的仪表标准规定电流输出为420mA；电压输出为电压输出为15V(旧标准为旧标准为010mA或或02V)。4mA对应于零输入，对应于零输入，20mA对对应于满度输入。应于满度输入。不让信号占有不让信号占有04mA这一范围的原因，一方面是有利于这一范围的原因，一方面是有利于判判断线路故障（开路）或仪表故障断线路故障（开路）或仪表故障；另一方面，这类一次仪表内；另一方面

48、，这类一次仪表内部均采用微电流集成电路，总的耗电还不到部均采用微电流集成电路，总的耗电还不到4mA，因此还能利，因此还能利用用04mA这一部分这一部分“本底电流本底电流”为一次仪表的内部电路提供工为一次仪表的内部电路提供工作电流，使一次仪表有可能成为作电流，使一次仪表有可能成为“两线制仪表两线制仪表”。 420mA二线制输出方式简介二线制输出方式简介所谓二线制仪表是指仪表与外界的联系只需所谓二线制仪表是指仪表与外界的联系只需两根两根导线导线。多数情况下，多数情况下，其中一根（其中一根（红色红色）为）为+24V+24V电源线，电源线，另一根另一根（黑色）既作为电源负极引线，（黑色）既作为电源负极引线，又作为信号传又作为信号传输线输线。在信号传输线的末端通过一只标准。在信号传输线的末端通过一只标准“负载电阻负载电阻”（也称（也称“取样电阻取样电阻”）接地接地（也就