《电感式传感器》课件.ppt

湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室第四章第四章 电感式传感器电感式传感器本章的主要内容有：本章的主要内容有：1.自感式电感传感器的结构原理；自感式电感传感器的结构原理；2.互感式电感传感器的结构原理；互感式电感传感器的结构原理；3.电感传感器的典型测量电路；电感传感器的典型测量电路；4.电感传感器的主要应用；电感传感器的主要应用；湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室 电感式传感器电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，导致线圈电感量改变来实现测量的。分类分类:电感式传感器电感式传感器自感型自感型互感型互感型变面积型电传感器螺线管型电传感器变间隙型电传感器湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室4.1 自感式电感传感器自感式电感传感器自感式电感传感器常见的形式自感式电感传感器常见的形式:变隙式变隙式 变截面式变截面式 螺线管式螺线管式湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室4.1 自感式电感传感器自感式电感传感器先看一个实验：先看一个实验：将一只将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的到机床用控制变压器的36V交流电压源上，如图交流电压源上，如图4-1所示。所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。的读数只剩下十几毫安。电感传感器的基本工作电感传感器的基本工作原理演示原理演示F F220V准备工作准备工作电感传感器的基本工作电感传感器的基本工作原理演示原理演示气隙变小，电感变大，电流变小气隙变小，电感变大，电流变小F F湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室4.1 自感式电感传感器自感式电感传感器 自感式电感传感器有变间隙型、变面积型和螺管型三种。4.1.1 原理分析原理分析4.1.1.1 变间隙型电感传感器变间隙型电感传感器 它的结构示意图如右图所示。工作时衔铁与被测物体连接，被测物体的位移将引起空气隙的变化，导致了线圈电感量的变化。线圈的电感可用下式表示：湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室线圈的电感值可近似地表示为 因此，其灵敏度随气隙的增大而减小。忽略磁路铁损，则磁路总磁阻为 因此：湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室 铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变化面改变，导致线圈的电感量发生变化，这种形式称之为变面积型电感传感器，见图4.1.2。L与是非线性的，但与A成正比，特性曲线参见图4.1.3。可变导磁面积型可变导磁面积型4.1.1.2 4.1.1.2 变面积型电感传感器变面积型电感传感器湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室下图为其结构原理图，衔铁随被测物移动，引起磁阻发生变化，导致电感量改变。线圈电感量与衔铁进入线圈的长度可表示为4.1.1.3 螺管型电感式传感器螺管型电感式传感器通过以上分析可得结论通过以上分析可得结论:变间隙型灵敏度较高,但非线性误差较大；变面积型灵敏度较小,但线性较好,量程较大；螺管型灵敏度较低,但量程大且结构简单。湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室 用两个相同的传感线圈共用一个衔铁,构成差动式电感传感器,这样可以提高传感器的灵敏度,减小测量误差。下图是变间隙型、变面积型及螺管型三种类型的差动结构。4.1.1.4 差动式电感传感器差动式电感传感器湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室4.1.2 测量电路测量电路 差动式结构可以提高灵敏度，改善线性，所以交流电桥大多采用双臂工作形式。下图是交流电桥的几种常用形式。湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室当LR时，上式可近似为：可见可见:交流电桥的输出电压与传感器线圈电感的相对变化量成正比。电阻平衡臂电桥如上图a所示，工作时，Z1=Z+Z和Z2=Z-Z，当ZL时，电桥的输出电压为:4.1.2.1 电阻平衡臂电桥电阻平衡臂电桥湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室由于Z1=Z-Z，Z2=Z+Z，故：同理，当衔铁上移时，则有：变压器式电桥如前图b，当负载阻抗无穷大时输出电压为：4.1.2.2 4.1.2.2 变压器式电桥变压器式电桥可见可见:输出电压反映了传感器线圈阻抗的变化，还需辩向。湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室 该电桥如前图c所示。它以差动电感传感器的两个线圈作电桥工作臂，而紧耦合的两个电感作为固定臂组成电桥电路。采用这种测量电路可以消除与电感臂并联的分布电容对输出信号的影响，使电桥平衡稳定，另外简化了接地和屏蔽的问题。4.1.2.3 紧耦合电感臂电桥紧耦合电感臂电桥湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室4.2 差动变压器差动变压器1.1.工作原理工作原理:互感现象互感现象EwEoutWW1W2Esx-x湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室差动变压器式传感器构成差动变压器式传感器构成该类型的传感器主要包括有衔铁、一次绕组和二次绕组等。一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。由于在使用时采用两个二次绕组反向串接，以差动方式输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。4.2 差动变压器差动变压器EwEout湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室2.等效电路等效电路L21E2L22E22E21U1R22R21R1M1M24.2 差动变压器差动变压器L1湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室（3）当衔铁向二次绕组L22一边移动时输出也不为零，但由于移动方向改变，所以输出电动势反相。因此通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。（1）当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互感相同，所以差动输出电动势为零。（2）当衔铁移向二次绕组L21一边时，输出不为零，在量程内移动量越大，输出量就越大。2.等效电路等效电路4.2 差动变压器差动变压器湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室差动变压器的输出特性曲线差动变压器的输出特性曲线如左图所示，其中E2的实线表示理想的输出特性，而虚线部分表示实际的输出特性。E0为零点残余电动势。零点残余使得传感器的输出特性在零点附近不灵敏，给测量带来误差，它的大小是衡量差动变压器性能好坏的重要指标。4.2 差动变压器差动变压器湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室减小零点残余的方法：减小零点残余的方法：尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数及磁路的对称。磁性材料要经过处理，消除内部的残余应力，使其性能均匀稳定。选用合适的测量电路，如采用相敏整流电路。既可判别衔铁移动方向又可改善输出特性，减小零点残余电动势。采用补偿线路减小零点残余电动势在差动变压器二次侧串、并联适当数值的电阻电容元件，当调整这些元件时，可使零点残余电动势减小。4.2 差动变压器差动变压器湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室3 常用测量电路常用测量电路测量转换电路的作用是将电感量的变化转换成电压或电流的变化，以便用仪表指示出来。但若仅采用电桥电路和普通的检波电路，则只能判别位移的大小，却无法判别输出的相位和位移的方向。如果在输出电压送到指示仪前，经过一个能判别相位判别相位的检波电路，则不但可以反映位移的大小位移的大小（幅值），还可以反映位位移的方向移的方向（相位）。这种检波电路称为相敏检波电路相敏检波电路。4.2 差动变压器差动变压器湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室 差动相敏检波电路差动相敏检波电路3 常用测量电路常用测量电路4.2 差动变压器差动变压器图图3-7 3-7 相敏检波相敏检波输出特性曲线输出特性曲线a）非相敏检波）非相敏检波 b）相敏检波）相敏检波1理想特性曲线理想特性曲线 2实际特性曲线实际特性曲线 湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室 差动相敏检波电路差动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侧输出电压的频率相同，相位相同或相反。另外还要求比较电压的幅值尽可能大，一般情况下，其幅值应为信号电压的35倍。3 常用测量电路常用测量电路4.2 差动变压器差动变压器湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室差动整流电路差动整流电路电路是以两个桥电路是以两个桥路整流后的直流电压路整流后的直流电压之差作为输出的，所之差作为输出的，所以称为以称为差动整流电路差动整流电路。它不但可以反映位移它不但可以反映位移的大小（电压的幅值）的大小（电压的幅值），还可以反映位移的，还可以反映位移的方向。方向。3 常用测量电路常用测量电路4.2 差动变压器差动变压器湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室差动整流电路差动整流电路图中的RP是用来微调电路平衡的，VD1VD4、VD5VD8组成普通桥式整流电路，3、4、3、4组成低通滤波电路，1及21、22、f、23组成差动减法放大器，用于克服a、b两点的对地共模电压。3 常用测量电路常用测量电路4.2 差动变压器差动变压器轴向式电感测微器的外形轴向式电感测微器的外形:航空插头航空插头红宝石测头红宝石测头4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用其他电感测微头其他电感测微头:4.2 差动变压器差动变压器模拟式及数字式电感测微仪模拟式及数字式电感测微仪:4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器 11引引线电缆线电缆 22固定磁筒固定磁筒 33衔铁衔铁 44线线圈圈 55测测力力弹弹簧簧 66防防转销转销 77钢钢球球导轨导轨（直（直线轴线轴承）承）88测测杆杆 99密封套密封套 1010测测端端 1111被被测测工件工件 12 12基准面基准面 轴向式电感测微器的内部结构轴向式电感测微器的内部结构:4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器(11.11)电感式滚柱直径分选装置 图图3-14 滚滚柱直径分柱直径分选选装置装置 11气缸气缸 22活塞活塞 33推杆推杆 44被被测滚测滚柱柱 55落料管落料管 66电电感感测测微器微器 77钨钢测头钨钢测头 8 8限位挡板限位挡板 99电磁翻板电磁翻板 1010容器（料斗）容器（料斗）4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器电感式滚柱直径分选装置测微仪测微仪圆柱滚子圆柱滚子4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器电感式滚柱直径分选装置（外形）滑道滑道分选仓位分选仓位轴承滚子外形轴承滚子外形（参考中原量仪股份有限公司资料）（参考中原量仪股份有限公司资料）4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器电感式滚柱直径分选装置外形落料振动台落料振动台滑道滑道11个分选仓位个分选仓位（参考无锡市通达滚（参考无锡市通达滚子有限公司资料）子有限公司资料）废料仓废料仓4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器电感式滚柱直径分选装置外形汽缸汽缸控制键盘控制键盘直径测微装置直径测微装置长度测微装置长度测微装置滑道滑道电感式滚柱直径分选装置（机械结构放大）电感式滚柱直径分选装置（机械结构放大）4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器机械及气动元件机械及气动元件电感测微器电感测微器汽缸汽缸气水分离器气水分离器（供气三联件）（供气三联件）储气罐储气罐导气管导气管气压表气压表（左右）（左右）4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器电感传感器在仿形机床中的应用n1标准靠模样板标准靠模样板 n 2测端（靠模轮）测端（靠模轮）n 3电感测微器电感测微器 n 4铣刀龙门框架铣刀龙门框架 n 5立柱立柱 n 6伺服电动机伺服电动机 n 7铣刀铣刀 n 8毛坯毛坯 4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器电感传感器在仿形机床中的应用仿形铣床外形仿形铣床外形 仿形机床采用闭环工仿形机床采用闭环工作方式作方式仿形头仿形头主主轴轴4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器电感传感器在仿形机床中的应用仿形车床原理仿形车床原理4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器电感式不圆度计原理该圆度计采用旁向式电感测微头该圆度计采用旁向式电感测微头4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器电感式不圆度计原理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4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器电感式不圆度计原理电感式不圆度测量系统外形电感式不圆度测量系统外形（参考洛阳汇智测控技术有限公司资料）（参考洛阳汇智测控技术有限公司资料）旋转盘旋转盘测量头测量头4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器不圆度测量打印不圆度测量打印电感式不圆度计原理4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器压力测量 1压压力力输输入接入接头头 2波波纹纹膜盒膜盒 3电缆电缆 4印制印制线线路板路板 5差差动线动线圈圈 6衔铁衔铁 7电电源源变压变压器器 8罩壳罩壳 9指示灯指示灯 10密封隔板密封隔板 11安装底座安装底座4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器压力测量压力测量用的膜盒压力测量用的膜盒 膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是一膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两侧种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两侧面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此能够面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此能够将压力变换为直线位移。将压力变换为直线位移。4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器某一压力变送器的测量电路某一压力变送器的测量电路压力测量4 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用4.2 差动变压器差动变压器湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室它能实现非接触测量，如位移、振动、厚度、转速、应力、硬度等参数。这种传感器还可用于无损探伤。原理如下图示。这是一种建立在这是一种建立在涡流效应涡流效应原理上的传感器原理上的传感器。4.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室 如下图，当通过金属体的磁通变化时，就会在导体中产如下图，当通过金属体的磁通变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生。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，这一物理现象称为磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应涡流效应。线圈的阻抗变化与线圈的阻抗变化与导导体的电导率体的电导率、磁导率磁导率、几何形状几何形状，线圈的几何线圈的几何参数参数，激励电流频率激励电流频率以以及及线圈到被测导体间的线圈到被测导体间的距离距离等因素有关。等因素有关。4.3.1 结构原理与特性结构原理与特性 湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室MR1R2L2L1U1I1I2 当电涡流线圈与金属当电涡流线圈与金属板的距离板的距离x x 减小时，电涡减小时，电涡流线圈的等效电感流线圈的等效电感L L减小，减小，等效电阻等效电阻R R 增大。感抗增大。感抗X XL L 的变化比的变化比R R的变化大得的变化大得多，流过电涡流线圈的多，流过电涡流线圈的电流电流 i i1 1 增大。增大。4.3.1 结构原理与特性结构原理与特性 湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室MR1R2L2L1U1I1I2 线圈与金属导体系统的线圈与金属导体系统的阻抗、电感都是该系统互感平方的函数。而互感是随线圈与金属导体间距离的变化而改变的而互感是随线圈与金属导体间距离的变化而改变的。当电涡流线圈与金属板当电涡流线圈与金属板的距离的距离x x 减小时，电涡流线减小时，电涡流线圈的等效电感圈的等效电感L L减小，等效减小，等效电阻电阻R R 增大。感抗增大。感抗X XL L 的变化的变化比比R R的变化大得多，流过电的变化大得多，流过电涡流线圈的电流涡流线圈的电流 i i1 1 增大。增大。4.3.1 结构原理与特性结构原理与特性 湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室 高频反射式电涡流传传感器高频反射式电涡流传传感器 1 1、结构：由一个固定在框架上的扁平线圈组成。、结构：由一个固定在框架上的扁平线圈组成。4.3.1 结构原理与特性结构原理与特性(10.15)集肤效应集肤效应与激励与激励源频率源频率f f、工件的电导、工件的电导率率、磁导率、磁导率 等有关。等有关。频率频率f f越高，电涡流的越高，电涡流的渗透的深度就越浅，渗透的深度就越浅，集肤效应越严重。集肤效应越严重。湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室1.结构结构 传传感感器器包包括括发发射射和和接接收收线线圈圈，并并分分别别位位于于被被测测材材料料上上、下方。下方。低频透射式电涡流传感器低频透射式电涡流传感器 这种传感器采用低频激励，因而有较大的贯穿深度，这种传感器采用低频激励，因而有较大的贯穿深度，适合于测量金属材料的厚度。适合于测量金属材料的厚度。2.原理原理 由振荡器产生的由振荡器产生的e1加到发射加到发射线圈线圈L1两端。若两线圈间无金属两端。若两线圈间无金属导体，则导体，则L L2的磁力能较多穿过的磁力能较多穿过L L2，在在L L2上产生的感应电压上产生的感应电压e e2最大。最大。4.3.1 结构原理与特性结构原理与特性 湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室 如果在两个线圈之间设置一金如果在两个线圈之间设置一金属板，由于在金属板内产生电涡流，属板，由于在金属板内产生电涡流，该电涡流消耗了部分能量，使到达该电涡流消耗了部分能量，使到达线圈线圈L2的磁力线减小，从而引起的磁力线减小，从而引起e2的下降。的下降。线圈线圈L2的感应电压与被测厚度的增大按负幂指数的规律减小，的感应电压与被测厚度的增大按负幂指数的规律减小，为了较好地进行厚度测量，激励频率应选得较低。频率太高，贯穿为了较好地进行厚度测量，激励频率应选得较低。频率太高，贯穿深度小于被测厚度，不利进行厚度测量，通常选深度小于被测厚度，不利进行厚度测量，通常选1kHz左右。左右。低频透射式电涡流传感器低频透射式电涡流传感器4.3.1 结构原理与特性结构原理与特性 2.原理原理(续续)湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室4.3.2 测量电路测量电路 4.3.2.1 电桥电路电桥电路 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，将电桥不平衡造成的输出信号进行放大并检波，就可得到与被测量成正比的输出。4.3.2.2 谐振法。谐振法。谐振法主要有调幅式调幅式电路和调频式调频式电路两种基本形式。调幅式由于采用了石英晶体振荡器，因此稳定性较高，而调频式结构简单，便于遥测和数字显示。湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室4.3.2 测量电路测量电路 4.3.2.2 谐振法谐振法(续续)调幅调幅(AM)(AM)式电路式电路 石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压(100kHz1MHz(100kHz1MHz）用）用于激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电涡于激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最终输出的直流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最终输出的直流电压流电压U Uo o反映了金属体对电涡流线圈的影响（例如两者之间的距反映了金属体对电涡流线圈的影响（例如两者之间的距离等参数）。离等参数）。湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室 用电涡流探头、调用电涡流探头、调幅法测量简谐振动时，幅法测量简谐振动时，探头的输出波形。探头的输出波形。湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室 人的手、泥人的手、泥土或装满水的玻土或装满水的玻璃杯能对振荡器璃杯能对振荡器的振幅产生明显的振幅产生明显的衰减吗？为什的衰减吗？为什么？么？部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数4.3.2 测量电路测量电路 4.3.2.2 谐振法谐振法(续续)调幅调幅(AM)(AM)式电路式电路湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室4.3.2 测量电路测量电路 4.3.2.2 谐振法谐振法(续续)调频（调频（FMFM）式电路）式电路(100kHz1MHz(100kHz1MHz）当电涡流线圈与被测体的距离当电涡流线圈与被测体的距离x 改变时，电涡流线圈的电感量改变时，电涡流线圈的电感量L 也随之改变，引起也随之改变，引起LC 振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，算机测量。如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将将 f转换为电压转换为电压 Uo 。湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室振幅湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室 可用于测量压力、力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位等物理量。4.4.1 位移测量位移测量4.4 电感式传感器的典型应用电感式传感器的典型应用 电涡流位移传感器是一种输出为模拟电压的电子器件。接电涡流位移传感器是一种输出为模拟电压的电子器件。接通电源后，在电涡流探头的有效面（感应工作面）将产生一个通电源后，在电涡流探头的有效面（感应工作面）将产生一个交变磁场。交变磁场。当金属物体接近此感应面时，金属表面将吸取电涡当金属物体接近此感应面时，金属表面将吸取电涡流探头中的高频振荡能量，使振荡器的输出幅度线性地衰减，流探头中的高频振荡能量，使振荡器的输出幅度线性地衰减，根据衰减量的变化，可地计算出与被检物体的距离、振动等参根据衰减量的变化，可地计算出与被检物体的距离、振动等参数。这种位移传感器属于非接触测量，工作时不受灰尘等非金数。这种位移传感器属于非接触测量，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，寿命较长，可在各种恶劣条件下使用。属因素的影响，寿命较长，可在各种恶劣条件下使用。湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室 可用于测量压力、力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位等物理量。4.4.1 位移测量位移测量4.4 电感式传感器的典型应用电感式传感器的典型应用 位移测量仪位移测量仪位移测量包含：位移测量包含：偏心、间隙、位置、偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、移倾斜、弯曲、变形、移动、圆度、冲击、偏心动、圆度、冲击、偏心率、冲程、宽度等等。率、冲程、宽度等等。来自不同应用领域的许来自不同应用领域的许多量都可归结为位移或多量都可归结为位移或间隙变化。间隙变化。420mA电涡流位移传感器外形电涡流位移传感器外形（参考德国图尔克公司资料）（参考德国图尔克公司资料）齐平式电涡流位移齐平式电涡流位移传感器外形传感器外形（参考德国图尔克公司资料）（参考德国图尔克公司资料）齐平式传感器安装时可以不高出安装面，不易被损害。齐平式传感器安装时可以不高出安装面，不易被损害。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（参考浙江洞头开关厂资料）（参考浙江洞头开关厂资料）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（摘自洞头开关厂资料）（摘自洞头开关厂资料）某某V V系列电涡流位移传感器的机械图系列电涡流位移传感器的机械图四线制电涡流位移传感器的接线说明四线制电涡流位移传感器的接线说明 该位移传感器同时具备两种动作输出状态，用该位移传感器同时具备两种动作输出状态，用户可选择从高电压向低电压转变、和从低电压向高户可选择从高电压向低电压转变、和从低电压向高电压转变两种方式，分别称为电压转变两种方式，分别称为NPNNPN和和PNPPNP输出模式。输出模式。电涡流位移传感器的应用电涡流位移传感器的应用 电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，例如金电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，例如金属材料的厚度、尺寸、形状、电导率、磁导率、表面属材料的厚度、尺寸、形状、电导率、磁导率、表面因素、距离等。只要固定其他因素就可以用电涡流传因素、距离等。只要固定其他因素就可以用电涡流传感器来测量剩下的一个因素。因此电涡流传感器的应感器来测量剩下的一个因素。因此电涡流传感器的应用领域十分广泛。但也同时带来许多不确定因素，一用领域十分广泛。但也同时带来许多不确定因素，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定性测量。电涡流传感器多用于定性测量。即使要用作即使要用作 定定 量量 测测量，也必须采用逐点标定、计算机线性纠正、温度补量，也必须采用逐点标定、计算机线性纠正、温度补补偿等措施。补偿等措施。位移传感器的分类位移传感器的分类偏心和振动检测偏心和振动检测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，对桥梁、丝杆等机械结构的振动测量，须使用多个传感器。须使用多个传感器。测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪 测量冷轧板厚度测量冷轧板厚度测量尺寸、公差及零件识别测量尺寸、公差及零件识别 通过测量间隙来通过测量间隙来测定热膨胀测定热膨胀引起的上下平移引起的上下平移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，从而及数显表读数，列出对照表，存入计算机，从而达到线性化的目的。达到线性化的目的。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11量程为量程为10mm 210mm 2量程为量程为16mm 316mm 3量程为量程为20mm20mm振动测量振动测量 汽轮机叶片测试汽轮机叶片测试测量悬臂梁的测量悬臂梁的振幅及频率振幅及频率三、转速测量三、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）的计算公式为计算公式为 各种测量转速的传感器及其与齿轮的相对位置各种测量转速的传感器及其与齿轮的相对位置齿轮转速测量齿轮转速测量 例：例：下图中，设齿数下图中，设齿数z z=48，测得频率，测得频率 f=120Hz，求该齿轮的转速，求该齿轮的转速n。电动机电动机转速测量转速测量四、镀层厚度测量四、镀层厚度测量 由于存在集肤效应，镀层或箔层越薄，电涡流越由于存在集肤效应，镀层或箔层越薄，电涡流越小。测量前，可先用电涡流测厚仪对标准厚度的镀层小。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和铜箔作出“厚度厚度-输出输出”电压的标定曲线，以便测电压的标定曲线，以便测量时对照。量时对照。电涡流涂层厚度仪电涡流涂层厚度仪 电涡流涂层电涡流涂层厚度仪原理厚度仪原理测量金属镀层或绝缘层厚度测量金属镀层或绝缘层厚度 测量金测量金属镀层或绝属镀层或绝缘层厚度的缘层厚度的计算方法有计算方法有何区别？何区别？五、电涡流式通道安全检查门五、电涡流式通道安全检查门 安检门的内部设置有发射线安检门的内部设置有发射线圈和接收线圈。当有金属物体通圈和接收线圈。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，计算机根据感圈中感应出电压，计算机根据感应电压的大小、相位来判定金属应电压的大小、相位来判定金属物体的大小。物体的大小。在安检门的侧面还在安检门的侧面还安装一台安装一台“软软x x光光”扫描仪，它对扫描仪，它对人体、胶卷无害，用软件处理的人体、胶卷无害，用软件处理的方法，可合成完整的光学图像。方法，可合成完整的光学图像。安检门演示安检门演示当有金属物体穿当有金属物体穿越安检门时报警越安检门时报警六、电涡流表面探伤六、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探伤油管探伤滚子子涡流探流探伤机机 滚子涡流探伤机是由滚子涡流探伤机是由计算机控制的轴承滚子表计算机控制的轴承滚子表面微裂纹探伤的专用设备，面微裂纹探伤的专用设备，可探出深可探出深 30m的表面微的表面微小裂纹。小裂纹。（参考参考无无锡市通达市通达滚子子有限公司有限公司资料资料）手提式探伤仪外形手提式探伤仪外形（参考厦门爱德华检测设备有限公司资料参考厦门爱德华检测设备有限公司资料）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湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室结束语结束语本章主要学习了电感传器的结构原理及其工业应用，同学们要注意区分自感式、差动式和涡流式的区别，学会合理选用这些传感器。湖北汽车工业学院自控教研室湖北汽车工业学院自控教研室思考题思考题1.影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？2.电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？3.试说明图所示的开关式全波相敏检波电路的工作原理。（课本P124）