电感式传感器课件.ppt
电磁电磁电磁电磁感应感应感应感应 被测非电量被测非电量被测非电量被测非电量自感系数自感系数自感系数自感系数L L互感系数互感系数互感系数互感系数MM测量测量测量测量电路电路电路电路 U U、I I、f f按电磁感应原理分为按电磁感应原理分为:自感式和互感式自感式和互感式按工作方式不同分为按工作方式不同分为:变磁阻式、变压器式、电涡流式等变磁阻式、变压器式、电涡流式等。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3 涡流式电感传感器涡流式电感传感器 涡流涡流涡流涡流:金属板置于变化着的磁场中金属板置于变化着的磁场中,或者在固定磁场中运或者在固定磁场中运动时动时,金属体内就要产生感应电流金属体内就要产生感应电流,这种电流的流这种电流的流线在金属体内是闭合的线在金属体内是闭合的,所以叫做涡流。所以叫做涡流。金属导体：金属导体：金属导体：金属导体：线圈：线圈：线圈：线圈：线圈与金属导体间的距离线圈与金属导体间的距离线圈与金属导体间的距离线圈与金属导体间的距离x x电阻率、导磁率、厚度电阻率、导磁率、厚度电阻率、导磁率、厚度电阻率、导磁率、厚度大小大小大小大小3 涡流式电感传感器涡流式电感传感器 金属体内的涡流存在趋附效应，即涡流的渗透深度与传金属体内的涡流存在趋附效应，即涡流的渗透深度与传感器线圈激磁频率有关。感器线圈激磁频率有关。优点优点:灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强，不受油污灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强，不受油污等介质的影响的无接触测量等介质的影响的无接触测量 3 涡流式电感传感器涡流式电感传感器 一、一、高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器1 1、基本原理、基本原理线圈高频电流线圈高频电流交变磁通交变磁通金属金属表面内产生感应电流（涡流）表面内产生感应电流（涡流）涡流产生磁场反作用于线圈涡流产生磁场反作用于线圈线圈线圈的电感量、阻抗及品质因数等都将发的电感量、阻抗及品质因数等都将发生改变。其变化程度取决于：生改变。其变化程度取决于：线圈与金属板之间的距离线圈与金属板之间的距离，金属板的电阻率金属板的电阻率 和磁导率和磁导率，激磁电流的大小，激磁电流的大小i i与频率与频率 等等 r:线圈与被测体的尺寸因子线圈与被测体的尺寸因子一、一、高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器2 2、等效电路、等效电路2 2、等效电路、等效电路品质因素品质因素品质因素品质因素等效电阻等效电阻等效电感等效电感讨论：讨论：讨论：讨论：（2 2）影响因数：）影响因数：）影响因数：）影响因数：L2L2、R2R2、L1L1、R1R1、w w、M(x)M(x)（3 3）Z Z、L L、QQ值都是值都是值都是值都是M(x)M(x)平方的函数平方的函数平方的函数平方的函数（1 1）当传感器线圈与被测导体间的距离远近不同时，它们当传感器线圈与被测导体间的距离远近不同时，它们之间的耦合程度不同，反映出之间的耦合程度不同，反映出Z，L，Q的变化就不一的变化就不一样，通过测量样，通过测量Z，L，Q 的变化，就可得到位移量的变的变化，就可得到位移量的变化化3 涡流式电感传感器涡流式电感传感器 一、一、高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器3 3、传感器的结构、传感器的结构4、电涡流形成范围、电涡流形成范围（1 1）电涡流的径向形成范围）电涡流的径向形成范围 图图 电涡流密度电涡流密度J与半径与半径r的关系曲线的关系曲线（2 2）电涡流强度与距离的关系）电涡流强度与距离的关系图图 电涡流强度与距离归一化曲线电涡流强度与距离归一化曲线（3 3）电涡流的轴向贯穿深度）电涡流的轴向贯穿深度图图 电涡流密度轴向分布曲线电涡流密度轴向分布曲线 主要有调幅式、调频式电路主要有调幅式、调频式电路1.1.调幅式电路调幅式电路 一、一、高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器5 5、测量电路、测量电路1.1.调幅式电路调幅式电路(a)谐振分压电路谐振分压电路 (b)谐振曲线谐振曲线 (c)输出特性输出特性 谐振频率谐振频率f f等于振荡器高频信号频率时，回路的阻抗最大，等于振荡器高频信号频率时，回路的阻抗最大，因而输出高频幅值电压因而输出高频幅值电压e e也为最大。也为最大。测量位移时，线圈阻抗随被测体与传感器线圈端面的距离测量位移时，线圈阻抗随被测体与传感器线圈端面的距离发生发生变化，此时变化，此时LC LC 回路失谐，输出信号回路失谐，输出信号e(te(t)仍然为振仍然为振荡器工作频率的信号，但其荡器工作频率的信号，但其幅值发生了变化，它相当于一幅值发生了变化，它相当于一幅值发生了变化，它相当于一幅值发生了变化，它相当于一个调幅波。个调幅波。个调幅波。个调幅波。谐振频率谐振频率2.2.调频式电路调频式电路 图图 调频式测量电路调频式测量电路(a)测量电路框图；测量电路框图；(b)振荡电路振荡电路 一、一、高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器5 5、测量电路、测量电路图图 调频式测量电路调频式测量电路(a)测量电路框图；测量电路框图；(b)振荡电路振荡电路 2.2.调频式电路调频式电路 一、一、高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器5 5、测量电路、测量电路2.2.调频式电路调频式电路 调频电路是把传感器接在一个调频电路是把传感器接在一个LC LC 振荡器中，振荡器中，与调幅电路不同的是将回路的谐振频率作为输出量。与调幅电路不同的是将回路的谐振频率作为输出量。当传感器线圈与被测物体间的距离变化时，引起传感器线圈当传感器线圈与被测物体间的距离变化时，引起传感器线圈的电感量的电感量L L 发生变化，从而使振荡器的频率改变，然后通过发生变化，从而使振荡器的频率改变，然后通过鉴频器将频率的变化变换成电压输出。鉴频器将频率的变化变换成电压输出。透射式涡流厚度传感器结构原理图透射式涡流厚度传感器结构原理图 3 涡流式电感传感器涡流式电感传感器 二、二、低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器L1L1：发射线圈（一般音频范围）：发射线圈（一般音频范围）L2L2：接收线圈：接收线圈L1L1在其周围产生一交变磁场。如在其周围产生一交变磁场。如果没有金属板，磁场就能直接贯果没有金属板，磁场就能直接贯穿穿L2L2，两端会感生出一交变电动，两端会感生出一交变电动势势U2 U2。放置金属板后，在放置金属板后，在M M 中产生涡流中产生涡流消耗部分磁场能量，使到达消耗部分磁场能量，使到达L2L2的的磁力线减少。磁力线减少。测量厚度：测量厚度：测量厚度：测量厚度：1 1、测量位移、测量位移（1 1）液位监控系统）液位监控系统）液位监控系统）液位监控系统3 涡流式电感传感器涡流式电感传感器 三、三、涡流传感器的应用涡流传感器的应用（2 2）汽轮机主轴的轴向窜动）汽轮机主轴的轴向窜动）汽轮机主轴的轴向窜动）汽轮机主轴的轴向窜动量程：量程：量程：量程：0 30mm0 30mm分辨率：分辨率：分辨率：分辨率：0.1%0.1%3 涡流式电感传感器涡流式电感传感器 三、三、涡流传感器的应用涡流传感器的应用3 涡流式电感传感器涡流式电感传感器 三、三、涡流传感器的应用涡流传感器的应用2 2、测量转速、测量转速齿轮齿齿轮齿数数3 3、测量膜厚、测量膜厚膜厚膜厚膜厚膜厚4 4、测量板材厚度、测量板材厚度5 5、测量温度、测量温度 温度为温度为温度为温度为 t t1 1 和和和和 t t0 0 时的电阻率时的电阻率时的电阻率时的电阻率 电阻温度系数电阻温度系数电阻温度系数电阻温度系数6 6、电涡流探伤、电涡流探伤 检查金属表面裂纹、焊接部位的探伤检查金属表面裂纹、焊接部位的探伤检查金属表面裂纹、焊接部位的探伤检查金属表面裂纹、焊接部位的探伤传感器与被测体距离不变，裂纹将引起金属的电阻率、传感器与被测体距离不变，裂纹将引起金属的电阻率、传感器与被测体距离不变，裂纹将引起金属的电阻率、传感器与被测体距离不变，裂纹将引起金属的电阻率、磁导率变化，综合引起传感器参数变化。磁导率变化，综合引起传感器参数变化。磁导率变化，综合引起传感器参数变化。磁导率变化，综合引起传感器参数变化。电涡流方法在输电线损伤检测中的应用电涡流方法在输电线损伤检测中的应用电涡流方法在输电线损伤检测中的应用电涡流方法在输电线损伤检测中的应用输电导线和地线出现裂纹、断股，甚至危及系统安全。输电导线和地线出现裂纹、断股，甚至危及系统安全。输电导线和地线出现裂纹、断股，甚至危及系统安全。输电导线和地线出现裂纹、断股，甚至危及系统安全。钢铝绞线的结构：钢铝绞线的结构：钢铝绞线的结构：钢铝绞线的结构：镀锌钢线：磁性材料，镀锌钢线：磁性材料，镀锌钢线：磁性材料，镀锌钢线：磁性材料，负担抗拉力。负担抗拉力。负担抗拉力。负担抗拉力。铝股线：非磁性材料，铝股线：非磁性材料，铝股线：非磁性材料，铝股线：非磁性材料，承载电流传输。承载电流传输。承载电流传输。承载电流传输。输电线路完好对输电系统安全运行极为重要。输电线路完好对输电系统安全运行极为重要。输电线路完好对输电系统安全运行极为重要。输电线路完好对输电系统安全运行极为重要。材质脆变：交变张力、振动引起的弯曲应力、气温变化材质脆变：交变张力、振动引起的弯曲应力、气温变化材质脆变：交变张力、振动引起的弯曲应力、气温变化材质脆变：交变张力、振动引起的弯曲应力、气温变化表面损伤：雷击、电气闪络表面损伤：雷击、电气闪络表面损伤：雷击、电气闪络表面损伤：雷击、电气闪络腐蚀：海滨、工业区用电腐蚀：海滨、工业区用电腐蚀：海滨、工业区用电腐蚀：海滨、工业区用电载有交变电流的线圈产生交变磁场载有交变电流的线圈产生交变磁场载有交变电流的线圈产生交变磁场载有交变电流的线圈产生交变磁场 ，金属物平面感应出电涡流，产生交变涡流磁场金属物平面感应出电涡流，产生交变涡流磁场金属物平面感应出电涡流，产生交变涡流磁场金属物平面感应出电涡流，产生交变涡流磁场 ，均在检测线圈（反向差动线圈）中产生感应电动势。均在检测线圈（反向差动线圈）中产生感应电动势。均在检测线圈（反向差动线圈）中产生感应电动势。均在检测线圈（反向差动线圈）中产生感应电动势。（a a）被测金属物上无缺陷：被测金属物上无缺陷：被测金属物上无缺陷：被测金属物上无缺陷：穿过检测线圈的两个线圈的磁通量相等，感应电穿过检测线圈的两个线圈的磁通量相等，感应电穿过检测线圈的两个线圈的磁通量相等，感应电穿过检测线圈的两个线圈的磁通量相等，感应电 势相互抵消，输出为零。势相互抵消，输出为零。势相互抵消，输出为零。势相互抵消，输出为零。检测原理：检测原理：检测原理：检测原理：（b b）被测金属物上有缺陷：被测金属物上有缺陷：被测金属物上有缺陷：被测金属物上有缺陷：穿过检测线圈的两个线圈的磁通量不相等，检测穿过检测线圈的两个线圈的磁通量不相等，检测穿过检测线圈的两个线圈的磁通量不相等，检测穿过检测线圈的两个线圈的磁通量不相等，检测 线圈输出感应电势不为零。线圈输出感应电势不为零。线圈输出感应电势不为零。线圈输出感应电势不为零。幅值甄别电路幅值甄别电路幅值甄别电路幅值甄别电路电涡流传感器静态标定方法电涡流传感器静态标定方法电涡流传感器静态标定方法电涡流传感器静态标定方法
