《传感器与检测技术》课件-项目6 位移检测

传感器与检测技术电涡流传感器的功能电涡流传感器的结构电涡流传感器的工作原理及应用位移检测-电涡流传感器热敏电阻的测温原理电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。

1、电涡流传感器的功能2、电涡流传感器的结构2、电涡流传感器的结构齐平式电涡流位移传感器

4~20mA电涡流位移传感器V系列电涡流位移传感器2、电涡流传感器的结构7电涡流式传感器就是利用涡流效应，将非电量转换为线圈阻抗变化来进行测量的。常见分类：高频反射式电涡流传感器、低频透射式电涡流传感器。3、电涡流传感器的工作原理3、电涡流传感器的工作原理涡流效应3、电涡流传感器的工作原理涡流效应

根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈漩涡状流动的感应电流，称之为电涡流或涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这种现象称为涡流效应。把一个扁平线圈置于金属导体附近，当线圈中通以交变电流I1时，线圈周围空间产生交变磁场H1，当金属导体靠近交变磁场中时，导体内部就会产生涡流I2，这个涡流同样产生反抗H1的交变磁场H2。3、电涡流传感器的工作原理高频反射式电涡流传感器

当被测位移量发生变化时，使线圈与金属板的距离发生变化，从而导致线圈阻抗Z的变化，通过测量电路转化为电压输出。高频反射式涡流式传感器常用于位移测量。3、电涡流传感器的工作原理高频反射式电涡流传感器低频透射式电涡流传感器3、电涡流传感器的工作原理

低频透射式传感器采用低频信号源，因而有较大的贯穿深度，适合于测量金属材料的厚度。传感器包括发射和接收线圈-并分别位于被测体上方和下方。等效电路分析3、电涡流传感器的工作原理等效电路分析3、电涡流传感器的工作原理根据涡流的分布，可以把涡流所在范围近似看成一个单匝短路次级线圈。线圈远离被测体时，相当次级开路原线圈的电感L10和电阻R10阻抗为：等效电路分析3、电涡流传感器的工作原理当线圈靠近金属导体时，次级线圈通过互感M对初级作用，等效电路的两个回路方程（基尔霍夫第二定律）：解方程得到金属靠近后传感器（初级）的等效阻抗

凡是能引起R2L2M变化的物理量均可以引起传感器线圈R1、L1的变化。被测体（金属）的电阻率ρ、导磁率μ、厚度d，线圈与被测体间的距离X，激励线圈的角频率ω等都通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗Z发生关系。ρ、μ、d、X、ω的变化使R1、L1发生变化，若控制某些参数不变，只改变其中一个参数，可使阻抗Z成为这个参数的单值函数。等效电路分析3、电涡流传感器的工作原理

电涡流i在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为集肤效应（也称趋肤效应）。

集肤效应3、电涡流传感器的工作原理测量电路（电桥电路和谐振电路）

3、电涡流传感器的工作原理

在进行测量时，由于传感器线圈的阻抗发生变化，使电桥失去平衡，而电桥不平衡造成的输出信号被放大并检波，就可得到与被测量成正比的输出。电桥电路(a)调幅法(b)调频法测量电路（电桥电路和谐振电路）

3、电涡流传感器的工作原理谐振电路电涡流传感器的应用3、电涡流传感器的工作原理电涡流传感器测转速

若转轴上开z个槽(或齿)，频率计的读数为f（单位为Hz），则转轴的转速n（单位为r/min）的计算公式为

电涡流传感器的应用3、电涡流传感器的工作原理电涡流传感器的应用3、电涡流传感器的工作原理高频反射式涡流测厚电涡流传感器的应用3、电涡流传感器的工作原理

电涡流探伤原理图油管探伤手持式裂纹测量仪电涡流传感器的应用3、电涡流传感器的工作原理b)轴心轨迹测量a)径向振动测量d)穿透式测厚c)转速测量e)计数f)探伤电涡流传感器的应用3、电涡流传感器的工作原理电涡流传感器的应用3、电涡流传感器的工作原理电涡流传感器的应用3、电涡流传感器的工作原理电涡流传感器的应用3、电涡流传感器的工作原理电磁炉电涡流传感器的应用3、电涡流传感器的工作原理安检门当有金属物体穿越安检门时报警电涡流传感器的应用3、电涡流传感器的工作原理大直径电涡流探雷器振动测量测量悬臂梁的振幅及频率汽轮机叶片测试电涡流传感器的应用3、电涡流传感器的工作原理电涡流涂层厚度仪电涡流传感器的应用3、电涡流传感器的工作原理正确使用电涡流传感器3、电涡流传感器的工作原理（一）对被测体的要求（二）对工作的温度的要求（三）对探头支架的要求（四）对初始间隙的要求

1．电涡流传感器的功能

2．电涡流传感器的结构小结

3．电涡流传感器的工作原理及应用电感式传感器的功能电感式传感器的结构电感式传感器的工作原理及应用位移检测-电感式传感器电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量检测的一种装置。利用电感式传感器，能对位移、压力、振动、应变、流量等参数进行测量。1、电感式传感器的功能2、电感式传感器的结构耐高压型高精度型外形2、电感式传感器的结构位移型角度型外形2、电感式传感器的结构类型电感式传感器自感式传感器互感式传感器(差动变压器式)1-线圈；2-铁芯(定铁芯)；3-衔铁(动铁芯)自感式传感器原理图一、自感式传感器工作原理

自感式传感器是把被测量转换成线圈的自感L变化，通过一定的电路转换成电压或电流输出。3、电感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理

在铁芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度δ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，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。

线圈中电感量可由下式确定：根据磁路欧姆定律：1-线圈；2-铁芯(定铁芯)；3-衔铁(动铁芯)

3、电感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理

对于变气隙式传感器，因为气隙很小，所以可以认为气隙中的磁场是均匀的。故总磁阻为：

通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即：

把铁芯和衔铁的磁阻忽略不计。3、电感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理

当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数，改变δ或S0均可导致电感变化，因此变磁阻式传感器(自感式传感器)又可分为变气隙厚度δ的传感器和变气隙面积S0的传感器。

目前使用最广泛的是变气隙式电感传感器。则：

3、电感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理二、输出特性

设电感传感器初始气隙为δ0，初始电感量为L0，衔铁位移引起的气隙变化量为Δδ，可知L与δ之间是非线性关系，特性曲线如图所示。自感式传感器特性曲线3、电感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理初始电感量为：灵敏度为：

变气隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。3、电感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理

差动变气隙式电感传感器

为减小非线性误差，提高仪表灵敏度，实际测量中广泛采用差动变气隙式电感传感器。3、电感式传感器的工作原理自感式传感器

电感式传感器的线圈并非是纯电感，有功分量包括：线圈线绕电阻和涡流损耗电阻及磁滞损耗电阻，这些都可折合成为有功电阻，其总电阻可用R来表示；无功分量包含：线圈的自感L,绕线间分布电容C。

自感式传感器的等效电路3、电感式传感器的工作原理自感式传感器的等效电路等效线圈阻抗为：

将上式有理化并应用品质因数Q=ωL/R，可得：

当Q>>ω2LC且ω2LC<<1时，上式可近似为：3、电感式传感器的工作原理自感式传感器的等效电路3、电感式传感器的工作原理自感式传感器的测量电路-交流电桥式

电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/2阻抗。当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压为：

自感式传感器的测量电路-变压器式交流电桥3、电感式传感器的工作原理

①当传感器的衔铁处于中间位置，即Z1=Z2=Z，此时有U0=0,电桥平衡。

②当传感器衔铁上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ,

③当传感器衔铁下移：如Z1=Z－

ΔZ，Z2=Z+ΔZ,

衔铁上下移动相同距离时，输出电压相位相反，大小随衔铁的位移而变化。由于U是交流电压，输出指示无法判断位移方向，必须配合相敏检波电路来解决。变气隙自感式压力传感器自感式传感器的应用3、电感式传感器的工作原理及应用变气隙式差动电感压力传感器自感式传感器的应用3、电感式传感器的工作原理及应用一、互感式传感器工作原理3、电感式传感器的工作原理差动变压器式（互感式）传感器的结构形式变隙式变面积式螺线管式由一个初级线圈，两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，而次级线圈由结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。1-活动衔铁；2-导磁外壳；3-骨架；4-匝数为N1的初级绕组；5-匝数为N2a的次级绕组；6-匝数为N2b的次级绕组。

螺线管式差动变压器结构3、电感式传感器的工作原理螺线管式差动变压器结构原理

差动变压器式传感器的等效电路差动变压器式传感器中两个次级线圈反向串联，并且在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下，其等效电路如下图所示。3、电感式传感器的工作原理差动变压器式传感器的工作原理-等效电路3、电感式传感器的工作原理差动变压器式传感器的工作原理-零点残余电压把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压。(x＝0，U0＝U2≠0)零点残余电压产生原因①基波分量：传感器的两次级绕组的电气参数和几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势的幅值不等、相位不同，因此不论怎样调整衔铁位置，两线圈中感应电势都不能完全抵消。

②高次谐波：由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使得激励电流与磁通波形不一致产生了非正弦(主要是三次谐波)磁通，从而在次级绕组感应出非正弦电势。零点残余电压消除办法

3、电感式传感器的工作原理差动变压器式传感器的工作原理-零点残余电压①设计和工艺上保证结构的对称性②选用合适的测量线路③采用补偿线路差动整流电路3、电感式传感器的工作原理差动变压器式传感器的工作原理-测量电路相敏检波电路3、电感式传感器的工作原理差动变压器式传感器的工作原理-测量电路(a)正半周时等效电路(b)负半周时等效电路3、电感式传感器的工作原理差动变压器式传感器的工作原理-测量电路差动变压器式加速度传感器1－悬臂梁；2－差动变压器差动变压器式传感器的应用3、电感式传感器的工作原理及应用差动变压器式微压力传感器1-接头；2-膜盒；3-底座；4-线路板；5-差动变压器线圈6-衔铁；7-罩壳；8-插头；9-通孔差动变压器式传感器的应用3、电感式传感器的工作原理及应用2026/1/1665滑道分选仓位轴承滚子外形电感式传感器的应用3、电感式传感器的工作原理及应用电感式滚柱直径分选装置（外形）落料振动台滑道11个分选仓位废料仓电感式滚柱直径分选装置（外