传感器原理及应用第三章-电感式传感器课件.ppt

1、1第三章第三章 电感式传感器电感式传感器n自感式传感器自感式传感器n差动变压器差动变压器n电涡流式传感器电涡流式传感器2电感式传感器电感式传感器n应用电磁感应的原理，以带有铁心的电感线圈应用电磁感应的原理，以带有铁心的电感线圈为传感元件，为传感元件，把被测把被测非电非电量变换为自感量变换为自感系数系数L或或互感互感系数系数M的变化的变化 n根据变换原理，电感式传感器可以分为根据变换原理，电感式传感器可以分为自感式自感式和和互感式互感式两大类两大类 3自感式工作原理自感式工作原理 n电感电感L与气隙厚度与气隙厚度的大小成反比，与气隙导的大小成反比，与气隙导磁面积磁面积S0成正比。因此，电感式传感

2、器常成正比。因此，电感式传感器常分为分为变隙式变隙式与与变面积式变面积式。n螺线管式螺线管式电感传感器电感传感器是另外一种较常用是另外一种较常用自感式自感式传感器，在螺管线圈中插入一个活动衔铁，衔传感器，在螺管线圈中插入一个活动衔铁，衔铁随被测对象移动，将引起线圈磁力线路径上铁随被测对象移动，将引起线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，从而将被测量变换为电感的磁阻发生变化，从而将被测量变换为电感L L的变化。的变化。2002SNL 4结构结构 n变气隙式变气隙式变变面面积积式式螺螺线线管管式式5测量电路测量电路变压器式电桥电路变压器式电桥电路 n电桥输出电压电桥输出电压n当衔铁向下移动时当衔铁向下移

3、动时n当衔铁向上移动时当衔铁向上移动时n若在输出端接上普通交流电压表时，则输出值若在输出端接上普通交流电压表时，则输出值只能反应衔铁位移的大小，而不能反应极性只能反应衔铁位移的大小，而不能反应极性 21122ZZZZUUUUiBAoZZUUio2ZZUUio26带相敏整流的交流电桥带相敏整流的交流电桥 n当当衔铁衔铁处于处于中间中间位置位置时时，Z1Z2，电桥平衡，电桥平衡，Uo0 n若若衔铁上移衔铁上移，无论电无论电源极性如何，源极性如何，D点电位点电位高于高于C点，点，输出输出信号信号为为正正。n输出电压大小反映了衔铁位移的大小，输出电压大小反映了衔铁位移的大小，n衔铁下移时输出衔铁下移时

4、输出信号信号总为负总为负 n输出电压的极性代表了衔铁位移的方向。输出电压的极性代表了衔铁位移的方向。7应用应用 n测压力测压力n测位移测位移 8差动变压器差动变压器 n结构结构 1-1-一次绕组一次绕组 2.3-2.3-二次绕组二次绕组 4-4-衔铁衔铁 n外形外形9原理原理 n当当没有位移时没有位移时，传感，传感器的衔铁处于中间位器的衔铁处于中间位置，置，没有输出电压没有输出电压。n当当衔铁向上衔铁向上移动时，移动时，N1与与N21之间的互感之间的互感增大，差动变压器增大，差动变压器输输出电势与输入电压同出电势与输入电压同相相 n当当衔铁向下衔铁向下移动时，移动时，差动变压器输出电势差动变压

5、器输出电势与输入电压与输入电压反相反相，10原理波形原理波形 衔铁不动衔铁不动 衔铁上移衔铁上移 衔铁下移衔铁下移u21u22u0tttu21u22u0tttu21u22u0ttt11测量电路测量电路 n差动相敏检波电路差动相敏检波电路n原理原理n波形波形 12测量电路差动整流电路测量电路差动整流电路 全波电流输全波电流输出出 半波电流输出半波电流输出 全波电压输全波电压输出出 半波电压输半波电压输出出 13应用应用 n测加速度测加速度 14应用应用n测液位测液位 n1-1-沉筒沉筒 n2-2-测量弹簧测量弹簧 n3-3-线圈线圈n4-衔铁衔铁n5-密封隔离管密封隔离管 n6-沉筒室壳体沉筒室

6、壳体 15电涡流式传感器电涡流式传感器外形外形电涡流探头电涡流探头 压力（液位）压力（液位）变送器变送器 位移振动传位移振动传感器感器 16电涡流式传感器电涡流式传感器结构结构17原理原理n当通过金属导体中的当通过金属导体中的磁磁通通发生发生变化时变化时，就会在，就会在导体中产生导体中产生感应电流，感应电流，这种电流在导体中是自这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓行闭合的，这就是所谓电涡流电涡流。电涡流的产生。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，必然要消耗一部分能量，从而从而使使产生磁场的产生磁场的线圈线圈阻抗发生变化阻抗发生变化，这一物，这一物理现象称为电涡流效应。理现象称为电涡流效应。1

7、8测量电路测量电路电桥电路电桥电路n线圈线圈A A和和B B为传感器为传感器n起始状态起始状态，使，使电桥平衡电桥平衡。在进行在进行测量时测量时，由于传，由于传感器感器线圈的阻抗线圈的阻抗发生发生变变化化，使，使电桥失去平衡电桥失去平衡，将电桥不平衡造成的输将电桥不平衡造成的输出信号进行线性出信号进行线性放大放大、相敏相敏检波和检波和低通低通滤波滤波，就可就可得到得到与被测量成正与被测量成正比的比的直流电压输出直流电压输出。19测量电路谐振法测量电路谐振法 n当当电感电感L发生发生变化时变化时，谐振谐振回路的等效回路的等效阻抗阻抗和和谐振频率谐振频率都将随都将随L的变化而的变化而变化变化，因此

8、可以利，因此可以利用测量回路阻抗的方法或测量回路谐振频率的用测量回路阻抗的方法或测量回路谐振频率的方法间接测出传感器的被测值。方法间接测出传感器的被测值。调幅法调幅法 20测量电路谐振法测量电路谐振法调频法调频法 n被测量变化引被测量变化引起传感器线圈起传感器线圈电感的变化，电感的变化，而电感的变化而电感的变化导致振荡频率导致振荡频率发生变化。发生变化。n因此频率的变因此频率的变化间接反映了化间接反映了被测量的变化被测量的变化 21应用应用 n高频反射式电涡流式传感器常用于位高频反射式电涡流式传感器常用于位移测量移测量 22应用应用 n高频反射式涡流厚度传感器：还可用于测量金高频反射式涡流厚度

9、传感器：还可用于测量金属板厚度和非金属板的镀层厚度。属板厚度和非金属板的镀层厚度。23应用应用n低频透射式电涡流传感器低频透射式电涡流传感器：多用于测定材料厚度。24应用应用电涡流式转速传感器电涡流式转速传感器n在软磁材料制成的输入轴上加工一个或多个键在软磁材料制成的输入轴上加工一个或多个键槽或做成齿状，在距输入表面槽或做成齿状，在距输入表面d d0 0处安装一个电处安装一个电涡流式传感器，输入轴与被测旋转轴相连。涡流式传感器，输入轴与被测旋转轴相连。Nfn6025工程应用工程应用26应用接近开关应用接近开关识别断裂的钻头 识别轮上的固定螺钉以检查速度和方向 识别阀的位置（完全打开或关闭）识别罐和盖子