传感器原理及应用-第4章.ppt

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1、物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用 Principles and Applications of Sensors主讲：王殿生 教授物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第四章第四章作 业第二版教材第二版教材86-8786-87页：页：练习题：练习题：4-24-2，4-44-4，4-94-9第三版教材第三版教材84-8584-85页：页：练习题：练习题：4-24-2，4-44-4，4-104-10物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EX

2、IT传感器原理及应用传感器原理及应用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 L L互感系数互感系数互感系数互感系数MMMM测量测量测量测量电路电路电路电路U UU U、I I I I、f f f f 第4章 电感式传感器 uu电感式传感器的定义电感式传感器的定义电感式传感器的定义电感式传感器的定义 一种利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的装置。一种利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的装置。一种利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的装置。一种利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的装置。uu电感式传感器的感测量电

3、感式传感器的感测量电感式传感器的感测量电感式传感器的感测量 位移、振动、压力、应变、流量、比重等。位移、振动、压力、应变、流量、比重等。位移、振动、压力、应变、流量、比重等。位移、振动、压力、应变、流量、比重等。uu电感式传感器的种类电感式传感器的种类电感式传感器的种类电感式传感器的种类 根根根根据据据据转转转转换换换换原原原原理理理理：自自自自感感感感式式式式（変変変変磁磁磁磁阻阻阻阻式式式式）、互互互互感感感感式式式式（差差差差动动动动变变变变压压压压器式）、电涡流式三种；器式）、电涡流式三种；器式）、电涡流式三种；器式）、电涡流式三种；根据结构形式：根据结构形式：根据结构形式：根据结构形

4、式：气隙型、面积型和螺管型。气隙型、面积型和螺管型。气隙型、面积型和螺管型。气隙型、面积型和螺管型。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用 第4章 电感式传感器 uu电感式传感器的优点电感式传感器的优点电感式传感器的优点电感式传感器的优点 结构简单、可靠结构简单、可靠结构简单、可靠结构简单、可靠 分辨率高分辨率高分辨率高分辨率高 机械位移机械位移机械位移机械位移0.1m0.1m0.1m0.1m，甚至更小；角位移甚至更小；角位移甚至更小；角位移甚至更小；角位移0.10.10.10.1角秒。角秒。角秒。角秒。输出信号强，电压灵敏度可达数百

5、输出信号强，电压灵敏度可达数百输出信号强，电压灵敏度可达数百输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm mV/mm mV/mm mV/mm。重复性好，线性度优良重复性好，线性度优良重复性好，线性度优良重复性好，线性度优良 在几十在几十在几十在几十mmmm到数百到数百到数百到数百mmmmmmmm的位移范围内，输出特性的线性度较好，的位移范围内，输出特性的线性度较好，的位移范围内，输出特性的线性度较好，的位移范围内，输出特性的线性度较好，且比较稳定。且比较稳定。且比较稳定。且比较稳定。能实现远距离传输、记录、显示和控制能实现远距离传输、记录、显示和控制能实现远距离传输、记录、显示和控制能实现远距离传

6、输、记录、显示和控制uu电感式传感器的不足电感式传感器的不足电感式传感器的不足电感式传感器的不足 存在交流零位信号，不宜高频动态测量。存在交流零位信号，不宜高频动态测量。存在交流零位信号，不宜高频动态测量。存在交流零位信号，不宜高频动态测量。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用 第4章 电感式传感器 4.1 变磁阻式电感传感器变磁阻式电感传感器4.2 差动变压器式电感传感器差动变压器式电感传感器4.3 电涡流式传感器电涡流式传感器4.4 电感式传感器的应用电感式传感器的应用物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作E

7、XIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、变磁阻式传感器工作原理一、变磁阻式传感器工作原理二、变磁阻式传感器基本类型二、变磁阻式传感器基本类型三、变截面式自感传感器输出特性三、变截面式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性五、差动式自感传感器五、差动式自感传感器六、自感式传感器的等效电路六、自感式传感器的等效电路七、自感式传感器的测量电路七、自感式传感器的测量电路4.1 变磁阻式电感传感器物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用变变磁磁阻阻式式传传感感器器即即自自感感式式电电感感传传感感器器：利用

8、线圈自感量的变化来实现测量的。利用线圈自感量的变化来实现测量的。传传感感器器结结构构：线线圈圈、铁铁芯芯和和衔衔铁铁三三部部分组成。分组成。一、变磁阻式传感器工作原理一、变磁阻式传感器工作原理4.1 变磁阻式电感传感器线圈中电感量：线圈中电感量：线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁工工作作原原理理：铁铁芯芯和和衔衔铁铁由由导导磁磁材材料料如如硅硅钢钢片片或或坡坡莫莫合合金金制制成成，在在铁铁芯芯和和衔衔铁铁之之间间有有气气隙隙，气气隙隙厚厚度度为为，传传感感器器的的运运动动部部分分与与衔衔铁铁相相连连。当当被被测测量量变变化化时时，使使衔衔铁铁产产生生位位移移，引引起起磁磁路路中中磁磁阻阻变变化化，从从而

9、而导导致致电电感感线圈的电感量变化。线圈的电感量变化。因因此此只只要要能能测测出出这这种种电电感感量量的的变变化化，就能确定就能确定衔铁位移量的大小和方向衔铁位移量的大小和方向。总磁阻总磁阻总磁阻总磁阻线圈匝线圈匝线圈匝线圈匝数数数数物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、变磁阻式传感器工作原理一、变磁阻式传感器工作原理4.1 变磁阻式电感传感器磁导率磁导率磁导率磁导率H/mH/muu气气气气隙隙隙隙截截截截面面面面积积积积A A保保保保持持持持不不不不变变变变，则则则则L L为为为为 的的的的单单单单值值值值函函函函数，构成数，构

10、成数，构成数，构成变气隙厚度式自感传感器变气隙厚度式自感传感器变气隙厚度式自感传感器变气隙厚度式自感传感器。uu保保保保持持持持气气气气隙隙隙隙间间间间距距距距 不不不不变变变变，A A随随随随被被被被测测测测量量量量（如如如如位位位位移）变化，构成移）变化，构成移）变化，构成移）变化，构成变气隙面积式自感传感器变气隙面积式自感传感器变气隙面积式自感传感器变气隙面积式自感传感器。线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁l1l2物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、变磁阻式传感器工作原理一、变磁阻式传感器工作原理二、变磁阻式传感器基本类型二、变磁阻

11、式传感器基本类型三、变截面式自感传感器输出特性三、变截面式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性五、差动式自感传感器五、差动式自感传感器六、自感式传感器的等效电路六、自感式传感器的等效电路七、自感式传感器的测量电路七、自感式传感器的测量电路4.1 变磁阻式电感传感器物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用变变磁磁阻阻式式传传感感器器即即自自感感式式电电感感传传感感器器的基本类型：的基本类型：二、变磁阻式传感器基本类型二、变磁阻式传感器基本类型4.1 变磁阻式电感传感器线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁（1

12、1）变气隙厚度式）变气隙厚度式（2 2）变气隙面积式）变气隙面积式变截面式和螺管式变截面式和螺管式变气隙变气隙变气隙变气隙厚度式厚度式厚度式厚度式螺管螺管螺管螺管式式式式线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁衔衔铁铁移移动动方方向向变气变气变气变气隙截隙截隙截隙截面式面式面式面式物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、变磁阻式传感器工作原理一、变磁阻式传感器工作原理二、变磁阻式传感器基本类型二、变磁阻式传感器基本类型三、变截面式自感传感器输出特性三、变截面式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性五、差动式自

13、感传感器五、差动式自感传感器六、自感式传感器的等效电路六、自感式传感器的等效电路七、自感式传感器的测量电路七、自感式传感器的测量电路4.1 变磁阻式电感传感器物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用三、变截面式自感传感器输出特性三、变截面式自感传感器输出特性4.1 变磁阻式电感传感器气隙截面面积气隙截面面积A A0 0时自感系数时自感系数当当传传感感器器截截面面增增加加A时时，则则输输出出电感为电感为线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁衔衔铁铁移移动动方方向向因因此此，输输出出电电感感的的变变化化与与截截面面面面积积的变化成线性关系。的变化成线性关

14、系。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用三、变截面式自感传感器输出特性三、变截面式自感传感器输出特性4.1 变磁阻式电感传感器当传感器截面减小当传感器截面减小A时，同理有时，同理有线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁衔衔铁铁移移动动方方向向输输出出电电感感灵灵敏敏度度与与初初始始截截面面面面积积的的成反比关系。成反比关系。因因此此既既可可确确定定衔衔铁铁位位移移量量的的大大小小又又可确定方向。可确定方向。输出电感灵敏度输出电感灵敏度物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用三、变截面式自感

15、传感器的输出特性三、变截面式自感传感器的输出特性4.1 变磁阻式电感传感器物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、变磁阻式传感器工作原理一、变磁阻式传感器工作原理二、变磁阻式传感器基本类型二、变磁阻式传感器基本类型三、变截面式自感传感器输出特性三、变截面式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性五、差动式自感传感器五、差动式自感传感器六、自感式传感器的等效电路六、自感式传感器的等效电路七、自感式传感器的测量电路七、自感式传感器的测量电路4.1 变磁阻式电感传感器物理科学与技术学院物理科学与技术学

16、院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用四、变间隙式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性4.1 变磁阻式电感传感器线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁气隙厚度气隙厚度0 0时自感系数时自感系数当当衔衔铁铁上上移移时时，传传感感器器气气隙隙减减小小，即即=0-，则输出电感为则输出电感为物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用四、变间隙式自感传感器输出特性四、变间隙式自感传感器输出特性4.1 变磁阻式电感传感器线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁当当/0R，则有，则有Z1+Z2j(L1+L2)电感式传感器的测量电路：电感式传感器

17、的测量电路：交交流流电电桥桥、变变压压器器式式交交流流电电桥桥以以及及谐振式等。谐振式等。1 1、交流电桥式测量电路、交流电桥式测量电路物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用电桥输出电压为电桥输出电压为七、自感式传感器的测量电路七、自感式传感器的测量电路4.1 变磁阻式电感传感器线性处理后电桥输出电压为线性处理后电桥输出电压为1 1、交流电桥式测量电路、交流电桥式测量电路差动式传感器的电感灵敏度差动式传感器的电感灵敏度K0为为 变变间间隙隙差差动动式式电电感感传传感感器器的的灵灵敏敏度是单线圈式的两倍。度是单线圈式的两倍。差动式的线性

18、度明显改善。差动式的线性度明显改善。输出电压与输出电压与成正比。成正比。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用曲线曲线1、2为两线圈各自电感特性；为两线圈各自电感特性；曲线曲线3为两线圈差接时的电感特性；为两线圈差接时的电感特性；曲曲线线4为为差差接接后后电电桥桥输输出出电电压压与与衔衔铁铁位移的特性曲线。位移的特性曲线。七、自感式传感器的测量电路七、自感式传感器的测量电路4.1 变磁阻式电感传感器1 1、交流电桥式测量电路、交流电桥式测量电路U0L/mH/mmL043211234-电桥输出特性：电桥输出特性：电电桥桥输输出出电电压压

19、大大小小与与衔衔铁铁位位移移量量有关，相位与衔铁移动方向有关。有关，相位与衔铁移动方向有关。若若设设衔衔铁铁向向上上移移动动为为负负，则则U0为为负负；衔衔铁铁向向下下移移动动为为正正，则则U0为为正正，相位差相位差180。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用变变压压器器式式交交流流电电桥桥测测量量电电路路，电电桥桥两两桥桥臂臂分分别别为为传传感感器器两两线线圈圈的的阻阻抗抗，另另外外两两桥桥臂臂分分别别为为电电源源变变压压器器的的两两次次级级线线圈，其阻抗为次级线圈总阻抗的一半。圈，其阻抗为次级线圈总阻抗的一半。七、自感式传感器的

20、测量电路七、自感式传感器的测量电路4.1 变磁阻式电感传感器2 2、变压器式交流电桥、变压器式交流电桥测测量量时时被被测测件件与与传传感感器器衔衔铁铁相相连连，当当衔衔铁铁处处于于中中间间位位置置，即即Z1=Z2=Z时时电电桥桥输输出电压为零，电桥平衡。出电压为零，电桥平衡。Z1Z2IABCD当当负负载载阻阻抗抗为为无无穷穷大大时时，桥桥路路输输出出电压为电压为 物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用当当传传感感器器衔衔铁铁上上移移时时，Z1=Z+Z，Z2=Z-Z，若若线线圈圈的的Q值值很很高高，损损耗耗电电阻阻可忽略，则可忽略，则桥

21、路输出电压为桥路输出电压为 七、自感式传感器的测量电路七、自感式传感器的测量电路4.1 变磁阻式电感传感器2 2、变压器式交流电桥、变压器式交流电桥当当衔衔铁铁上上下下移移动动相相同同距距离离时时，电电桥桥输输出出电电压压大大小小相相等等而而相相位位相相反反。要要判判断断衔衔铁铁方方向向需需要要经经过过相相敏敏检检波波电电路路的处理。的处理。Z1Z2IABCD当当传传感感器器衔衔铁铁下下移移时时，Z1=Z-Z，Z2=Z+Z，桥路输出电压为桥路输出电压为 物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用七、自感式传感器的测量电路七、自感式传感器的

22、测量电路4.1 变磁阻式电感传感器2 2、变压器式交流电桥、变压器式交流电桥物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用 衔铁中间位置衔铁中间位置七、自感式传感器的测量电路七、自感式传感器的测量电路4.1 变磁阻式电感传感器3 3、相敏检波测量电路、相敏检波测量电路 衔铁上移衔铁上移L1增大，自感电动势增加；增大，自感电动势增加；L2减小，自感电动势减少。减小，自感电动势减少。正半周正半周E点电势高，点电势高，F点低点低通路通路EJGF，UG降低降低通路通路EKHF，UH升高升高负半周负半周F点电势高，点电势高，E点低点低通路通路EJHF，

23、UG降低降低通路通路EKGF，UH升高升高结论：结论：无论是正半周还是负半周，无论是正半周还是负半周，衔铁上移时衔铁上移时UGUH。衔铁下移时，衔铁下移时，UGUH;衔铁上移时，衔铁上移时，UGU68，U20；衔铁下移时，衔铁下移时，U24U68，U20。U2的正负表示衔铁位移方向的正负表示衔铁位移方向;U2的大小表示衔铁位移大小。的大小表示衔铁位移大小。差差动动整整流流电电路路具具有有结结构构简简单单,不不需需要要考考虑虑相相位位调调整整和和零零点点残残余余电电压压的的影影响响,分分布布电电容容影影响响小小和和便便于于远远距距离离传传输输等等优优点点，因因而而获得广泛应用。获得广泛应用。物理

24、科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、螺线管式差动变压器一、螺线管式差动变压器二、变隙式差动变压器二、变隙式差动变压器三、差动变压器式传感器测量电路三、差动变压器式传感器测量电路4.2 差动变压器式电感传感器物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用 第4章 电感式传感器 4.1 变磁阻式电感传感器变磁阻式电感传感器4.2 差动变压器式电感传感器差动变压器式电感传感器4.3 电涡流式传感器电涡流式传感器4.4 电感式传感器的应用电感式传感器的应用物理科学与技术学院物理科学与技术学

25、院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、电涡流式传感器基本原理一、电涡流式传感器基本原理二、电涡流式传感器输出特性二、电涡流式传感器输出特性三、电涡流式传感器基本类型三、电涡流式传感器基本类型四、电涡流式传感器测量电路四、电涡流式传感器测量电路4.3 电涡流式传感器 物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、电涡流式传感器基本原理一、电涡流式传感器基本原理涡涡流流式式传传感感器器的的基基本本原原理理：利利用用金金属属导体在交流磁场中的电涡流效应。导体在交流磁场中的电涡流效应。电涡流：电涡流：若若一一金金属属

26、板板置置于于一一只只线线圈圈的的附附近近，当当线线圈圈输输入入一一交交变变电电流流 时时，便便产产生生交交变变磁磁通通量量，金金属属板板在在此此交交变变磁磁场场中中会会产产生生感感应应电电流流，这这种种电电流流在在金金属属体体内内是是闭闭合合的的，称称之为电涡流或涡流。之为电涡流或涡流。若若固固定定某某些些参参数数，就就可可根根据据涡涡流流的的变变化化测测量量另另一个参数。一个参数。4.3 电涡流式传感器 涡涡流流的的大大小小与与金金属属板板的的电电阻阻率率、磁磁导导率率、厚厚度度h、金金属属板板与与线线圈圈的的距距离离、激励电流角频率激励电流角频率等参数有关。等参数有关。激励激励线圈线圈金属

27、金属导体导体物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、电涡流式传感器基本原理一、电涡流式传感器基本原理二、电涡流式传感器输出特性二、电涡流式传感器输出特性三、电涡流式传感器基本类型三、电涡流式传感器基本类型四、电涡流式传感器测量电路四、电涡流式传感器测量电路4.3 电涡流式传感器 物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用二、电涡流式传感器输出特性二、电涡流式传感器输出特性被被测测导导体体上上形形成成的的电电涡涡流流等等效效成成一一个个短短路路环环中中的的电电流流，短短路路环环可

28、可认认为为是是一一匝短路线圈，电阻为匝短路线圈，电阻为R2、电感为、电感为L2。线线圈圈与与被被测测导导体体等等效效为为两两个个相相互互耦耦合合的的线线圈圈。线线圈圈与与导导体体间间存存在在一一个个互互感感M，随线圈与导体间距的减小而增大。，随线圈与导体间距的减小而增大。电涡流式传感器等效电路电涡流式传感器等效电路4.3 电涡流式传感器 根据基尔霍夫第二定律，有根据基尔霍夫第二定律，有1 1、等效电路、等效电路物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用二、电涡流式传感器输出特性二、电涡流式传感器输出特性解方程得等效阻抗的表达式为解方程得等

29、效阻抗的表达式为线线圈圈受受电电涡涡流流影影响响后后的等效电感的等效电感 4.3 电涡流式传感器 线圈受电涡流影响后的等效电阻线圈受电涡流影响后的等效电阻 2 2、等效阻抗与品质因数、等效阻抗与品质因数线圈等效品质因数线圈等效品质因数 特性参数影响因素：特性参数影响因素：Q：L2,R2,L1,R1,MReq、Leq、Q是是M2的函数的函数物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、电涡流式传感器基本原理一、电涡流式传感器基本原理二、电涡流式传感器输出特性二、电涡流式传感器输出特性三、电涡流式传感器基本类型三、电涡流式传感器基本类型四、电

30、涡流式传感器测量电路四、电涡流式传感器测量电路4.3 电涡流式传感器 物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用三、电涡流式传感器的基本类型三、电涡流式传感器的基本类型电电涡涡流流式式传传感感器器可可分分为为高高频频反反射射式式和和低频透射式低频透射式两类。两类。4.3 电涡流式传感器 高高频频信信号号激激励励传传感感器器线线圈圈产产生生高高频频交交变变磁磁场场，当当被被测测导导体体靠靠近近线线圈圈时时，产产生生电电涡涡流流，而而电电涡涡流流又又产产生生一一交交变变磁场阻碍外磁场的变化。磁场阻碍外磁场的变化。1 1、高频反射式、高频反射式

31、从从能能量量角角度度分分析析，被被测测导导体体内内存存在在着着电电涡涡流流损损耗耗，使使传传感感器器的的Q值值和和等等效效阻阻抗抗Z降降低低。当当被被测测体体与与传传感感器器间间距距离离改改变变时时，传传感感器器的的Q和和Z、电电感感L均发生变化，位移量转换成电量。均发生变化，位移量转换成电量。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用三、电涡流式传感器基本类型三、电涡流式传感器基本类型4.3 电涡流式传感器 发发射射线线圈圈和和接接收收线线圈圈置置于于被被测测金金属属板板上上下下方方。当当低低频频电电压压加加到到线线圈圈1的的两两端端后

32、后，产产生生磁磁场场线线的的一一部部分分透透过过金金属属板板，使使线线圈圈2产产生生感感应应电电动动势势。但但涡涡流流消消耗耗部部分分磁磁场场能能量量，使使感感应应电电动动势势减减少少，当当金金属属板板越越厚厚时时，损损耗耗的的能能量量越大，输出电动势越小。越大，输出电动势越小。2 2、低频透射式、低频透射式电电动动势势的的大大小小与与金金属属板板的的厚厚度度及及材材料料的的性性质质有有关关。电电动动势势随随材材料料厚厚度度的的增增加加按按负负指指数数规规律律减减少少。若若金金属属板板材料的性质一定，即可测厚度。材料的性质一定，即可测厚度。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作

33、制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、电涡流式传感器基本原理一、电涡流式传感器基本原理二、电涡流式传感器输出特性二、电涡流式传感器输出特性三、电涡流式传感器基本类型三、电涡流式传感器基本类型四、电涡流式传感器测量电路四、电涡流式传感器测量电路4.3 电涡流式传感器 物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用三、电涡流式传感器测量电路三、电涡流式传感器测量电路1 1、调频式电路、调频式电路 电电涡涡流流传传感感器器的的测测量量电电路路主主要要有有调调频式、频式、调幅式电路和交流电桥等。调幅式电路和交流电桥等。传传感感器器线线圈圈接

34、接入入振振荡荡回回路路，当当传传感感器器与与被被测测导导体体距距离离改改变变时时，在在涡涡流流影影响响下下，传传感感器器的的电电感感变变化化，导导致致振振荡荡频频率率的变化。的变化。4.3 电涡流式传感器 频频率率变变化化是是距距离离的的函函数数，频频率率可可由由数数字字频频率率计计直直接接测测量量，或或通通过过频频率率电电压压变换，用电压表测量对应的电压。变换，用电压表测量对应的电压。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用三、电涡流式传感器测量电路三、电涡流式传感器测量电路2 2、调幅式电路、调幅式电路 传传感感器器线线圈圈L、电电

35、容容器器C和和石石英英晶晶体体组组成成石英晶体振荡电路。石英晶体振荡电路。当当金金属属导导体体远远离离传传感感器器线线圈圈时时，谐谐振振回回路路谐谐振振频频率率fo，回回路路呈呈现现的的阻阻抗抗最最大大，谐谐振振回回路路上上的的输输出出电电压压也也最最大大；当当金金属属导导体体靠靠近近时时，线线圈圈的的等等效效电电感感L发发生生变变化化，导导致致回回路路失失谐谐，输输出出电电压压降降低低，L的的数数值值随随距距离离的的变变化化而而变变化化。因此，输出电压也随而变化。因此，输出电压也随而变化。4.3 电涡流式传感器 石石英英晶晶体体振振荡荡器器起起恒恒流流源源的的作作用用，给给谐谐振振回回路路提

36、提供供一一个个频频率率f0稳稳定定的的激激励励电电流流io，LC回回路路的的阻阻抗抗为为Z时输出电压时输出电压物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、电涡流式传感器基本原理一、电涡流式传感器基本原理二、电涡流式传感器输出特性二、电涡流式传感器输出特性三、电涡流式传感器基本类型三、电涡流式传感器基本类型四、电涡流式传感器测量电路四、电涡流式传感器测量电路4.3 电涡流式传感器 物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用 第4章 电感式传感器 4.1 变磁阻式电感传感器变磁阻式电感

37、传感器4.2 差动变压器式电感传感器差动变压器式电感传感器4.3 电涡流式传感器电涡流式传感器4.4 电感式传感器的应用电感式传感器的应用物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用载载有有交交变变电电流流的的线线圈圈产产生生交交变变磁磁场场Hp，金金属属物物平平面面感感应应出出电电涡涡流流，产产生生交交变变涡涡流流磁磁场场Hs，均均在在检检测测线线圈圈（反反向向差差动动线线圈圈）中中产生感应电动势。产生感应电动势。一、电涡流式传感器应用一、电涡流式传感器应用4.4 电感式传感器的应用1 1、无损金属材料探伤、无损金属材料探伤 被测金属物上

38、无缺陷被测金属物上无缺陷穿穿过过检检测测线线圈圈的的两两个个线线圈圈的的磁磁通通量量相相等等，感感应应电电势相互抵消，输出为零。势相互抵消，输出为零。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、电涡流式传感器应用一、电涡流式传感器应用4.4 电感式传感器的应用1 1、无损金属材料探伤、无损金属材料探伤 被测金属物上有缺陷被测金属物上有缺陷穿穿过过两两个个检检测测线线圈圈的的磁磁通通量量不不相相等等，检检测测线线圈圈输输出感应电势不为零。出感应电势不为零。幅值甄别电路信号幅值甄别电路信号幅值甄别电路信号幅值甄别电路信号处理后幅值甄别电路信

39、号处理后幅值甄别电路信号处理后幅值甄别电路信号处理后幅值甄别电路信号物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用量量 程：程：0 30mm分辨率：分辨率：0.1%一、电涡流式传感器应用一、电涡流式传感器应用4.4 电感式传感器的应用2 2、测量位移、测量位移液位监控系统液位监控系统3 3、测量位移、测量位移汽轮机主轴的轴向窜动汽轮机主轴的轴向窜动物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用薄膜厚度：薄膜厚度：d=X0-X等效电感：等效电感：L=L0-L一、电涡流式传感器应用一、电涡流式传

40、感器应用4.4 电感式传感器的应用4 4、测量转速测量转速5 5、测量薄膜厚度、测量薄膜厚度齿轮齿齿轮齿数数物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、电涡流式传感器应用一、电涡流式传感器应用4.4 电感式传感器的应用6 6、测量测量板材厚度板材厚度物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、电涡流式传感器应用一、电涡流式传感器应用4.4 电感式传感器的应用7 7、生产工件计数、生产工件计数物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原

41、理及应用一、电涡流式传感器应用一、电涡流式传感器应用4.4 电感式传感器的应用8 8、接近传感器接近传感器物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、电涡流式传感器应用一、电涡流式传感器应用4.4 电感式传感器的应用8 8、接近传感器接近传感器接近开关专用集成电路接近开关专用集成电路SC205SC205物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用动态测量范围：动态测量范围：1mm分分 辨辨 率：率：1um精精 度：度：3%二、自感和互感式传感器应用二、自感和互感式传感器应用4.4 电

42、感式传感器的应用1 1、电感测微仪电感测微仪探头探头测量测量电桥电桥交流交流放大放大相敏相敏检波检波指示器指示器振荡器振荡器物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用二、自感和互感式传感器应用二、自感和互感式传感器应用4.4 电感式传感器的应用2 2、电感压力传感器电感压力传感器A1 12 23 34 45 56 67 7微压传感器微压传感器1 1 接头；接头；2 2 膜盒；膜盒；3 3 底座；底座；4 4 线路板；线路板；5 5 差动变压器；差动变压器；6 6 衔铁；衔铁；7 7 罩壳罩壳物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生

43、 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用二、自感和互感式传感器应用二、自感和互感式传感器应用4.4 电感式传感器的应用3 3、电感式滚珠直径分选、电感式滚珠直径分选物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用 第4章 电感式传感器 4.1 变磁阻式电感传感器变磁阻式电感传感器4.2 差动变压器式电感传感器差动变压器式电感传感器4.3 电涡流式传感器电涡流式传感器4.4 电感式传感器的应用电感式传感器的应用物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第四章第四章作 业第二版教材第二版教材86-8786-87页：页：练习题：练习题：4-24-2，4-44-4，4-94-9第三版教材第三版教材84-8584-85页：页：练习题：练习题：4-24-2，4-44-4，4-104-10物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第四章结束第四章结束谢谢合作！