3.3--电感式传感器.ppt

3.3 电感式传感器 2.数字化测量电路 3.3.3 电涡流式传感器 成块的金属在交变磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，金属内部会产生感应电动势形成电流，这种电流就称电涡流。建立在电涡流效应原理上传感器，称为电涡流式传感器。 涡流传感器的最大特点是可以对一些参数进行非接触的连续测量，动态响应好，灵敏度高，测量线性范围大（300μm~1000mm），抗干扰能力强，在工业中应用越来越广。它可以用来测量振动、位移、厚度、转速、温度、硬度等参数，还可以进行无损探伤，是一种有发展前途的传感器。 涡流传感器在金属体上产生的电涡流，其渗透深度与传感器线圈的励磁电流的频率有关，所以涡流传感器主要可分为高频反射和低频透射两类。 3.3.3.1 高频反射涡流传感器 高频反射涡流传感器是一只固定在框架上的扁平线圈（见图3-45）。 传感器工作的等效电路见图3-46。 图 3-45 高频反射电涡流传感器原理 图3-46 电涡流传感器的等效电路 高频反射涡流传感器 高频反射涡流传感器是一只固定在框架上的扁平线圈（见图3-45）。当没有测量体接近时，传感器的线圈由于高频电流 的激励，将产生一个高频交变磁场 。当被测导电体靠近传感器时，根据电磁感应定律，在被测导电体的表面将产生与交变磁场相交链的电涡流（涡流作用范围一般为线圈外径的1.4倍），此涡流又将产生一磁场 ，而 总是抵抗 的存在。被测导体靠近通有高频电流的传感器时，除存在涡流效应外，还存在磁效应，结果改变了传感器的电参数，使线圈的Q值下降。 图3-47 谐振特性曲线 图3-48 传感器输出特性曲线 3.3.3.2 低频透射传感器 低频透射式电涡流传感器采用低频激励，因而能得到较大的贯穿深度，可用于测量金属的厚度。图3-49为低频透射涡流传感器原理图。 图3-49 低频透射式电涡流传感器原理 图3-50 不同激磁频率的 关系曲线 3.3.3.3 测量电路 根据电涡流传感器原理，被测参数变化可以转换成传感器线圈的Q值、等效阻抗 和等效电感 的变化，利用测量电路把这些参数转换为电量输出。其测量电路可采用谐振测量电路，也可采用电桥电路。谐振测量电路根据其输出是电压的幅值还是频率，又可分为调幅和调频两种。 1.桥式测量电路 为了提高稳定性和灵敏度，对差动式传感器可采用桥式测量电路，电路原理见图3-51。 图3-51 桥式测量电路 2.谐振幅值测量电路 见图3-52。传感器线圈 和固定电容 组成并联谐振回路，由石英晶体振荡器提供频率（1MHz）稳定的高频激励电流，在无被测导体时，使电路的 谐振回路谐振频率为： 图3-52 谐振幅值测量电路 3.调频测量电路 测量电路见3-53。传感器线圈 作为一个电感元件接入振荡器中。该测量电路由两大部分组成，即电容三点式振荡器和射极输出器。电容三点式振荡器产生高频正弦波，其频率随传感器线圈 的变化而变化，该频率信号通过 耦合到射极输出器，再由频率计测量输出频率的大小。 图3-53 调频测量电路 3.3.3.4 电涡流传感器的应用实例 1.厚度测量 利用电涡流传感器无接触地测量金属板的厚度的原理见图3-54。被测金属板的厚度为： 图3-54 电涡流传感器测量厚度实例 2.转速测量 在旋转体的轴上刚性连接上开有n个槽或齿轮的金属调制盘，在盘的旁边安装一个电涡流传感器，见图3-55。当旋转体转动时，金属调制盘与传感器的距离周期性地改变，因此传感器输出信号也周期性改变，该信号经放大和整形后变成一系列脉冲，可用数字频率计进行测量。 图 3-55 电涡流传感器测量转速的原理 3.3.4 压磁式传感器 压磁式传感器也是测力传感器中的一种，它是利用压磁效应原理工作的。 3.3.4.1 工作原理 当铁磁材料受机械力作用时，其内部产生应变，引起磁导率 的变化。当外加机械力消失后，其磁导率 复原。通常把在机械变形（拉伸、压缩、扭曲等）作用下，所引起的磁性质的变化称为压磁效应。 铁磁材料的压磁效应的规律是：铁磁材料受拉力作用时，在力的作用方向磁导率 提高，而在与作用力垂直的方向，磁导率降低；铁磁材料受到压力作用时，磁导率 的变化刚好与上述相反。 压磁式传感器 利用铁磁材料在外力作用下磁导率 的变化的这一规律，构成了压磁传感器，见图3-56。 图3-56 压磁传感器的工作原理 图3-57 压磁传感器的输出特性 3.3.4.2 压磁传感器铁磁材料的形状 压磁传感器铁磁材料的常见形状见图3-58。图a的灵敏度较高，可测量5×105N以下的力。图b是图a的改进型，在受力方向下开两个小孔，分散了部分力到四个孔的两