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传感器原理与检测技术教学课件 ppt 作者童敏明第5章：电感式传感器

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1、第一节自感式传感器原理及应用,第二节互感传感器原理及应用,第三节电涡流式传感器原理及应用,第六章电感式传感器,学习要求,1、掌握三种不同类型的电感传感器的工作原理和特点；,3、掌握电感传感器的典型应用和创新应用。,2、熟悉电感传感器的基本检测电路的原理；,磁通链,1.1 闭磁路式自感传感器,磁路总磁阻:,安匝,导磁体磁阻,气隙磁阻,磁导率Fe0,忽略Rfe，得：,第一节自感式传感器原理及应用,则：,传感器的灵敏度为：,例如原始气隙00.10.5mm， 0的最大值 0/5。,1.2 螺管型自感传感器,要测量较大的位移，可以采用螺管结构的电感传感器。,式中：,0真空导磁率,r 铁芯相对导磁率,灵敏度为：,螺管型自感传感器的衔铁移动范围大，但灵敏度较低。,1.3 空气隙差动式自感传感器,当衔铁处于中间位置,有:,当衔铁偏离中间位置,有:,则,其中,灵敏度,约提高一倍,非线性减小。,1.4 差动自感传感器测量电路,等效电路,设Z3Z4Z0,Z1Z0Z1 ， Z2Z0Z2,则，电桥电路输出为：,在理想情况下，有Z1= Z2,且Z与L成正比，L又与成正比，,所以：,灵敏度：,1.5

2、其它测量电路,(a)调频检测电路,自感线圈作为振荡器谐振回路的一部分，当电感随被测量变化时，振荡频率发生相应的变化，经鉴频器把频率变化转换成电压的变化，得到检测输出信号。,(b)调幅检测电路,自感L为谐振回路的一部分，由稳频限幅的高频振荡器供电，调整电容C，使回路工作在谐振频率附近。检测时 L变化，输出电压幅度在UM附近变化，经放大整流得到信号.,1.1 工作原理,根据电磁感应原理, 当初级线圈Wp通入激励电流Ip时,次级线圈WS将产生感应电势:,式中M是初次级线圈间的互感，其大小与两线圈的相对位置，周围介质的导磁性等因素有关。,互感传感器实质上是一个变压器，它利用互感M变化引起输出电压的变化来检测有关的物理量。,实际的互感传感器的次级线圈一般有两个，可接成差动形式，故互感传感器又称为“差动变压器”。,第二节互感传感器原理及应用,1.2 螺管型互感传感器,等效电路,又,所以，输出有效值为：,差动变压器的输出电压有效值与衔铁之间的关系如图。,当差动变压器接入负载 RL后，负载电流会影响初级回路。但采用输入电阻较高的放大器，则可以忽略其影响，得到负载上的输出电压

3、为：,其中，差动变压器的输出阻抗为：,最后得到负载电压的有效值：,电感传感器系列,涡流块状金属在变化磁场中运动时产生的电流.,第三节电涡流式传感器原理及应用,电涡流的应用在我们日常生活中经常可以遇到,干净、高效的电磁炉,电磁炉内部的励磁线圈,电磁炉的工作原理,高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食物。,涡流传感器原理:,涡流大小与金属板的磁导率，电阻率，厚度以及激磁线圈与金属板的的距离、激磁电流的频率等参数有关，固定其中一些参数，就能根据涡流的大小测出另外的参数。,涡流传感器在金属体上生产的涡流，由于涡流的集肤效应，其渗透深度h与传感器的激磁电流的频率f有关，它们的关系是：,因为涡流的大小与渗透深度均与激磁电流频率密切相关，所以根据激磁电流的频率进行分类，涡流传感器可分为高频反射式和低频透射式两种。,1.1高频反射涡流传感器,工作原理：线圈通以高频交流电流I1，线圈周围产生交变磁通1，它通过金属板形成闭路。金属导体便产生涡流i2，由于集肤效应，高频电磁场不能透过具有一定厚度的金属板，而仅作用于表面

4、的薄层内，电涡流 i2除要消耗在金属板发热之外，还将产生交变磁通2。,根据楞次定律，2与1方向相反。由于2的反作用，抵销部分1，故两个磁场叠加后，使原来的电感量减小，导致其阻抗的变化，随之线圈电流i1的大小和相位都要发生变化，变化的程度与x有关，据此可进行测量。,1.2 低频透射涡流传感器,根据电路理论，由于集肤效应，金属导体产生的电涡流贯穿深度与传感器线圈激磁电流的频率有关。频率越低，电涡流的贯穿深度越厚。利用此原理，制成低频透射涡流传感器，适合测量金属材料的厚度。,工作原理：图中L1为发射线圈 L2为接收线圈，L1通入音频信号后，产生交变磁场。磁力线在金属板上产生涡流I，涡流I 产生的磁场抵销L1的部分磁力线，使L2接收的磁力线减少，感应电压U2减小，金属板越厚，涡流损耗越大，U2越小，由此可以检测出金属板的厚度。,1.3 涡流传感器的应用,大直径电涡流探雷器,偏心和振动检测,通过测量间隙来测量径向跳动,测量弯曲、波动、变形,对桥梁、丝杆等机械结构的振动测量，须使用多个传感器。,测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪,测量冷轧板厚度,测量封口机工作间隙,间隙越大，电涡流越小,振动测量,汽轮机叶片测试,测量悬臂梁的振幅及频率,转速测量,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 :,电涡流涂层厚度仪,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和铜箔作出“厚度-输出”电压的标定曲线，以便测量时对照。,安检门演示,用掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹,电涡流传感器系列,第六章小结,2、测量电路：调频测量电路、调幅测量电路,

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