1、湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院第六講第六講 電感傳感器電感傳感器 本章學(xué)習(xí)要求：本章學(xué)習(xí)要求：1.1.掌握電感式傳感器的工作原理掌握電感式傳感器的工作原理2.2.了解電感式傳感器的結(jié)構(gòu)、分類了解電感式傳感器的結(jié)構(gòu)、分類3.3.了解電感傳感器的測(cè)量電路了解電感傳感器的測(cè)量電路4.4.了解電感傳感器的應(yīng)用了解電感傳感器的應(yīng)用湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院BI穿過(guò)線圈自身總的磁通量與電流穿過(guò)線圈自身總的磁通量與電流 I 成正比成正比線圈電流變化線圈電流變化穿過(guò)自身磁通變化穿過(guò)自身磁通變化 電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電

2、感量的一種裝置。測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。LIL:自感系數(shù)自感系數(shù) 如果回路周圍不存在鐵磁質(zhì)，自感如果回路周圍不存在鐵磁質(zhì)，自感L是一個(gè)與電流是一個(gè)與電流I無(wú)關(guān)，無(wú)關(guān)，僅由回路的匝數(shù)、幾何形狀和大小以及周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率決僅由回路的匝數(shù)、幾何形狀和大小以及周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率決定的物理量定的物理量 在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)自感現(xiàn)象自感現(xiàn)象湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院2B1I2I1B1c2c12互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象當(dāng)某一線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化磁場(chǎng)當(dāng)某一線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化磁場(chǎng)將使位于它附近的另一線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種電磁感將使位于它附

3、近的另一線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象。應(yīng)現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象。12121IM21212IMM:互感系數(shù)互感系數(shù)理論和實(shí)驗(yàn)證明：理論和實(shí)驗(yàn)證明：MMM1212湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院第六講、傳感器原理第六講、傳感器原理(3)分類分類: :電感式傳感器電感式傳感器自感型自感型可變磁阻型可變磁阻型渦流式渦流式互感型互感型湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院電感式傳感器電感式傳感器1 1 自感型自感型-可變磁阻式可變磁阻式2022WSWLR一、工作原理一、工作原理: :電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)mWiLmmfWiWiRRR121 12 2fllRss02Rs磁路歐姆定律湖北

4、工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院變隙式變隙式 變截面式變截面式 螺線管式螺線管式 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院2022WSWLR2022WSLS 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院220012()21WSWSLL 231.LL 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院 氣隙變化量越小，非線性失真越小；氣隙o越小，靈敏度越高。 實(shí)際應(yīng)用中常用差動(dòng)變隙式自感傳感器。LL 2022NSLLK湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院122LLLL 靈敏度提高一倍靈敏度提高一倍 大大改善了非線性大大改善了非線性 實(shí)現(xiàn)了某些補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)了某些補(bǔ)償差動(dòng)自感傳感器差動(dòng)自感傳感器湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)

5、械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院 差動(dòng)式電感傳感器對(duì)外界影響，如溫度的變化、電差動(dòng)式電感傳感器對(duì)外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁源頻率的變化等基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁吸力也較小，從而減小了測(cè)量誤差吸力也較小，從而減小了測(cè)量誤差;差動(dòng)式電感傳感器差動(dòng)式電感傳感器的線性較好，且輸出曲線較陡，靈敏度約為非差動(dòng)式電的線性較好，且輸出曲線較陡，靈敏度約為非差動(dòng)式電感傳感器的兩倍。感傳感器的兩倍。 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院自感線圈的等效電路自感線圈的等效電路 假設(shè)自感線圈為一理想純電感，但實(shí)際傳感器中包括：線圈的銅損電阻線圈的銅損電阻（Rc）、

6、鐵芯的渦流損耗電阻鐵芯的渦流損耗電阻（Re）和線圈線圈的寄生電容的寄生電容（C）。因此，自感傳感器的等效電路如下: CLRcRe湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院二、二、 測(cè)量電路測(cè)量電路1.交流電橋式測(cè)量電路把傳感器的兩個(gè)線圈作為電橋的兩個(gè)橋臂Z1和Z2,另外二個(gè)相鄰的橋臂用純電阻代替，ZLR1R2Z2Z1L1L2RS1RS2交流電橋原理圖USCU電橋平衡條件：設(shè)Z1=Z2=Z=RS+jL；R1=R2=R RS1=RS2=RS； L1=L2=LU為橋路電源，ZL是負(fù)載阻抗。工作時(shí)，Z1=Z+Z和Z2=Z-Z2121RRZZ湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院1100222ACACA

7、CmoUUUZjLLSCzRj LLU對(duì)于高品質(zhì)Q值(Q=L/R)的差動(dòng)式電感傳感器，其輸出電壓: ZRZZZZUULLSC2其輸出電壓幅值 LjRLjRUZZUUSSSC22當(dāng)ZL時(shí)ULRLULRRLUSSSSC222222222湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院橋路輸出電壓Usc包含與電源U同相和正交兩個(gè)分量。在實(shí)際測(cè)量中，只希望有同相分量，如能使 或Q值比較大，均能達(dá)到此目的。但在實(shí)際工作時(shí)，RS/RS一般很小，所以要求線圈有高的品質(zhì)因數(shù)。當(dāng)Q值很高時(shí)，Usc ； SSRRLLLLU 2當(dāng)Q值很低時(shí)，自感線圈的電感遠(yuǎn)小于電阻，電感線圈相當(dāng)于純電阻(ZRs)，交流電橋即為電阻電橋。例

8、如，應(yīng)變測(cè)量?jī)x就是如此，此時(shí)輸出電壓Usc= 。 該電橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其電阻R1、R2可用兩個(gè)電阻和一個(gè)電位器組成，調(diào)零方便。 SSRRU 2湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院2.變壓器式交流電橋 電橋兩臂Z1、Z2為傳感器線圈阻抗，另外兩橋臂為交流變壓器次級(jí)線圈的1/2阻抗。當(dāng)負(fù)載阻抗為無(wú)窮大時(shí)，橋路輸出電壓：UUZZZUZZUZ)(-212)(0211211 當(dāng)傳感器的銜鐵處于中間位置時(shí)，即Z1=Z2=Z，此時(shí)有Uo=0，電橋平衡。 當(dāng)傳感器的銜鐵上移時(shí)，即Z1=Z-Z，Z2=Z+Z，此時(shí)：LLUZZU-U220=湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院 當(dāng)傳感器的銜鐵下移時(shí)，則Z1=Z

9、+Z，Z2=Z-Z，此時(shí)： LLUZZUU220= 銜鐵上下移動(dòng)相同距離時(shí)，輸出電壓的大小相等，但方向相反， 由于Uo是交流電壓，輸出指示無(wú)法判斷位移方向， 必須配合相敏檢波電路來(lái)解決。 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院 測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的作用是將電感量的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的作用是將電感量的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，以便用儀表指示出來(lái)。但若僅采用電橋電路和流的變化，以便用儀表指示出來(lái)。但若僅采用電橋電路和普通的檢波電路，則只能判別位移的大小，卻無(wú)法判別輸普通的檢波電路，則只能判別位移的大小，卻無(wú)法判別輸出的相位和位移的方向。在輸出電壓送到指示儀前，經(jīng)過(guò)出的相位和位移的方向。在

10、輸出電壓送到指示儀前，經(jīng)過(guò)一個(gè)能判別相位的檢波電路，則不但可以反映位移的大小一個(gè)能判別相位的檢波電路，則不但可以反映位移的大小（的幅值），還可以反映位移的方向（的相位）。這種檢（的幅值），還可以反映位移的方向（的相位）。這種檢波電路稱為相敏檢波電路。波電路稱為相敏檢波電路。湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院22000rNSNLCSlllSS 可變導(dǎo)磁面積型可變導(dǎo)磁面積型自感L與S0 呈線性關(guān)系。這種傳感器靈敏度較低。湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院 單螺管線圈型，當(dāng)鐵芯在線圈中運(yùn)動(dòng)時(shí)，將改變磁阻，使線圈自感發(fā)生變化。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，但靈敏度低，適用于較大位移(數(shù)毫米

11、)測(cè)量。 rx螺旋管鐵心單線圈螺管型傳感器結(jié)構(gòu)圖l湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院雙螺管線圈差動(dòng)型，較之單螺管線圈型有較高靈敏度及線性，被用于電感測(cè)微計(jì)上，其測(cè)量范圍為0300m，最小分辨力為0.5m。22201 (1)ccrrNrlLlrl湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院ULRLUSC22)(2湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院2lclc2l線圈線圈r0.80.60.40.20.20.40.60.8-0.80.80.41.2-1.2-0.4xH（ ）INl差動(dòng)螺旋管式自感傳感器(a)結(jié)構(gòu)示意圖 (b)磁場(chǎng)分布曲線x(l) 綜上所述，螺管式自感傳感器的特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制

12、造裝配容易； 由于空氣間隙大，磁路的磁阻高，因此靈敏度低，但線性范圍大； 由于磁路大部分為空氣，易受外部磁場(chǎng)干擾； 由于磁阻高，為了達(dá)到某一自感量，需要的線圈匝數(shù)多，因而線圈分布電容大； 要求線圈框架尺寸和形狀必須穩(wěn)定，否則影響其線性和穩(wěn)定性。 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院 通過(guò)以上三種形式的電感式傳感器的分析通過(guò)以上三種形式的電感式傳感器的分析,可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論: 1. 變間隙型靈敏度較高變間隙型靈敏度較高,但非線性誤差較大但非線性誤差較大,且制作裝配比較困難。且制作裝配比較困難。 2. 變面積型靈敏度較前者小變面積型靈敏度較前者小,但線性較好但線性較好,

13、量量程較大程較大,使用比較廣泛。使用比較廣泛。 3.螺管型靈敏度較低螺管型靈敏度較低,但量程大且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但量程大且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制作和批量生產(chǎn)易于制作和批量生產(chǎn),是使用最廣泛的一種是使用最廣泛的一種電感式傳感器。電感式傳感器。湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院電感式接近傳感器（金屬）電感式接近傳感器（金屬）電感式傳感器電感式傳感器湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院教學(xué)用低成本四線制無(wú)二次儀表傳感器教學(xué)用低成本四線制無(wú)二次儀表傳感器電感式傳感器電感式傳感器湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院 自感傳感器的自感傳感器的靈敏度靈敏度是指?jìng)鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)是指?jìng)鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)(測(cè)頭測(cè)頭)和轉(zhuǎn)換電路綜合

14、和轉(zhuǎn)換電路綜合在一起的總靈敏度。在一起的總靈敏度。傳感器的靈敏度傳感器的靈敏度(單位：?jiǎn)挝唬簃V/（ m V）) 傳感器結(jié)構(gòu)靈敏度傳感器結(jié)構(gòu)靈敏度kt定義為自感值相對(duì)變化與引起這一變定義為自感值相對(duì)變化與引起這一變化的銜鐵位移之比，即化的銜鐵位移之比，即 轉(zhuǎn)換電路的靈敏度轉(zhuǎn)換電路的靈敏度kc定義為空載輸出電壓定義為空載輸出電壓uo與自感相對(duì)變化之與自感相對(duì)變化之比，即比，即可得可得總靈敏度總靈敏度為為 xLLkt/ )/()/(oLLukcxukkkctZ/o湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院零點(diǎn)殘余電壓零點(diǎn)殘余電壓 銜鐵位移銜鐵位移x與電橋輸出電壓與電橋輸出電壓Uo有有效值的關(guān)系曲線，

15、如右圖所示。效值的關(guān)系曲線，如右圖所示。 虛線為理想特性曲線，實(shí)線為實(shí)虛線為理想特性曲線，實(shí)線為實(shí)際特性曲線，在零點(diǎn)總有一個(gè)最小的際特性曲線，在零點(diǎn)總有一個(gè)最小的輸出電壓。一般把這個(gè)最小的輸出電輸出電壓。一般把這個(gè)最小的輸出電壓稱為壓稱為零點(diǎn)殘余電壓零點(diǎn)殘余電壓，并用，并用e0表示。表示。 零殘電壓過(guò)大帶來(lái)的影響：零殘電壓過(guò)大帶來(lái)的影響：靈敏度下降、非線性誤差增大靈敏度下降、非線性誤差增大測(cè)量有用的信號(hào)被淹沒(méi)，不再反映被測(cè)量變化造成放大電路后測(cè)量有用的信號(hào)被淹沒(méi)，不再反映被測(cè)量變化造成放大電路后級(jí)飽和，儀器不能正常工作。級(jí)飽和，儀器不能正常工作。產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因：兩電感線圈的等效參數(shù)不對(duì)稱

16、：兩電感線圈的等效參數(shù)不對(duì)稱湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院減小零點(diǎn)殘余電壓方法：減小零點(diǎn)殘余電壓方法： 1.1. 盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)玫磁路的對(duì)稱。磁性材料盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)玫磁路的對(duì)稱。磁性材料要經(jīng)過(guò)處理，消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其性能均勻穩(wěn)定。要經(jīng)過(guò)處理，消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其性能均勻穩(wěn)定。 2.2. 選用合適的測(cè)量電路，如采用相敏整流電路。選用合適的測(cè)量電路，如采用相敏整流電路。既可判別銜鐵移動(dòng)方向又可改善輸出特性，既可判別銜鐵移動(dòng)方向又可改善輸出特性，減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。 3. 3. 采用補(bǔ)償線路減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。下

17、圖是幾種減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)采用補(bǔ)償線路減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。下圖是幾種減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)的補(bǔ)償電路。在差動(dòng)變壓器二次側(cè)串、并聯(lián)適當(dāng)數(shù)值的電阻電容元件，當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電路。在差動(dòng)變壓器二次側(cè)串、并聯(lián)適當(dāng)數(shù)值的電阻電容元件，當(dāng)調(diào)整這些元件時(shí)，可使零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)減小。調(diào)整這些元件時(shí)，可使零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)減小。 UUR0a)UUR0b)UUR0c)C0C圖4.2.4 減小零點(diǎn)電路e2+x-x210相敏檢波后的輸出特性湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例下圖所示是一個(gè)測(cè)量尺寸用的軸向自感式傳感器下圖所示是一個(gè)測(cè)量尺寸用的軸向自感式傳感器 測(cè)頭測(cè)頭測(cè)桿測(cè)桿電感電感線圈線圈磁芯磁芯湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械

18、學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院氣體壓力傳感器和加速度計(jì)用傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖氣體壓力傳感器和加速度計(jì)用傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖 氣體壓力傳感器氣體壓力傳感器加速度計(jì)用傳感器加速度計(jì)用傳感器湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院電感傳感器在仿形機(jī)床中的應(yīng)用電感傳感器在仿形機(jī)床中的應(yīng)用 1 1標(biāo)準(zhǔn)靠模樣板標(biāo)準(zhǔn)靠模樣板 2 2測(cè)端（靠模輪）測(cè)端（靠模輪） 3 3電感測(cè)微器電感測(cè)微器 4 4銑刀龍門框架銑刀龍門框架 5 5立柱立柱 6 6伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī) 7 7銑刀銑刀 8 8毛坯毛坯 仿形頭仿形頭湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院旁向式差動(dòng)電感式傳感器旁向式差動(dòng)

19、電感式傳感器總行程：總行程： 1.5mm 測(cè)量力：測(cè)量力：0.40.7N示值變動(dòng)性：示值變動(dòng)性：0.2m軸向式差動(dòng)電感式傳感器軸向式差動(dòng)電感式傳感器總行程：總行程： 3mm 測(cè)量力：測(cè)量力：0.450.65N示值變動(dòng)性：示值變動(dòng)性：0.03m總行程：總行程：1.5mm 測(cè)量力：測(cè)量力：0.120.18N示值變動(dòng)性：示值變動(dòng)性：0.05m湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院電感式不圓度計(jì)原理電感式不圓度計(jì)原理 該圓度計(jì)采用該圓度計(jì)采用旁向式電感測(cè)微頭旁向式電感測(cè)微頭湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)盤測(cè)量頭測(cè)量頭湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院特點(diǎn)：不僅可以測(cè)量微米級(jí)

20、直徑，而且通過(guò)其在孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)和平移可以測(cè)量其橢圓度和圓柱度被測(cè)孔內(nèi)徑范圍:25120mm 測(cè)量力：1.30.3N示值變動(dòng)性：1m特點(diǎn)：特點(diǎn)：不僅可以測(cè)量微米級(jí)直徑，還可以測(cè)量軸的橢圓度和圓柱度被測(cè)軸直徑范圍:25:25120mm 120mm 測(cè)量力：4 41.5N1.5N示值變動(dòng)性：1 1m m電子卡規(guī)、塞規(guī)湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院2 2 互感型互感型-差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器WW1W2Esx-x工作原理工作原理: :互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象.EwEout電感式傳感器電感式傳感器湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院1 初級(jí)線圈;2.3次級(jí)線圈;4銜鐵1243123(a)氣隙型(b)螺管型

21、 基本元件有銜鐵、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和線圈框架等。 初級(jí)線圈作為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，相當(dāng)于變壓器的原邊，而次級(jí)線圈由結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的兩個(gè)線圈反相串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊。湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院 當(dāng)初級(jí)線圈有交變電流時(shí),次級(jí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)分別為:1121IMjE1222IMjE1111LjREI 當(dāng)負(fù)載開(kāi)路時(shí),輸出電勢(shì)為:1112112122212)()(LjREMMjIMMjEEEe2R21R22e21e22e1R1M1M2L21L22L1 I1湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院1212212)()(1ELRMME輸出電勢(shì)的有效值為:e2R21R22e21e2

22、2e1R1M1M2L21L22L1 e1初級(jí)線圈激勵(lì)電壓L1,R1初級(jí)線圈電感和電阻M1,M1分別為初級(jí)與次級(jí)線圈1,2間的互感L21,L22兩個(gè)次級(jí)線圈的電感R21,R22兩個(gè)次級(jí)線圈的電阻I1湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院互感型傳感器采用兩個(gè)次級(jí)線圈組成差動(dòng)式，故又稱差動(dòng)變壓器式傳感器。 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院 差動(dòng)變壓器式傳感器輸出的電壓是交流量，如用交流電壓表指示，則輸出值只能反應(yīng)鐵芯位移的大小，而不能反應(yīng)移動(dòng)的極性；同時(shí)，交流電壓輸出存在一定的零點(diǎn)殘余電壓，使活動(dòng)銜鐵位于中間位置時(shí)，輸出也不為零。因此，差動(dòng)變壓器式傳感器的后接電路應(yīng)采用既能反應(yīng)鐵芯位移極性

23、，又能補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的差動(dòng)直流輸出電路。 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院電感式傳感器電感式傳感器差動(dòng)變壓器式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)量精度高，可達(dá)0.1m；線性范圍大，可到100mm；穩(wěn)定性好，使用方便。因而被廣泛應(yīng)用于直線位移，或可能轉(zhuǎn)換為位移變化的壓力、重量等參數(shù)的測(cè)量。 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院電感式傳感器電感式傳感器比較自感式傳感器與差動(dòng)變壓器式傳感器的異同(1)不同點(diǎn)： 1) 自感式傳感器把被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成自感系數(shù)的變化； 2) 差動(dòng)變壓器式傳感器把被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化。 (2)相同點(diǎn)： 兩者都屬于電感式傳感器，都可以分為氣隙型、截面型和螺

24、管性三種類型。湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院差動(dòng)變壓器位移傳感器差動(dòng)變壓器位移傳感器電感式傳感器電感式傳感器湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院軸向式差動(dòng)變壓器式傳感器總行程： 100mm 線性度：0.15% 總行程： 2 7mm 測(cè)量力：0.91.2N示值變動(dòng)性：0.5m湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院 差動(dòng)變壓器式傳感器可直接用于位移測(cè)量，差動(dòng)變壓器式傳感器可直接用于位移測(cè)量， 也可以用來(lái)測(cè)量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，也可以用來(lái)測(cè)量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量， 如振動(dòng)，加速度，應(yīng)變等等。如振動(dòng)，加速度，應(yīng)變等等。（1）壓差計(jì)）壓差計(jì) 當(dāng)壓差變化時(shí)，腔內(nèi)當(dāng)壓差變化時(shí)，腔內(nèi)膜片

25、位移使差動(dòng)變壓器次膜片位移使差動(dòng)變壓器次級(jí)電壓發(fā)生變化，輸出與級(jí)電壓發(fā)生變化，輸出與位移成正比，與壓差成正位移成正比，與壓差成正比。比。湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院 沉筒式液位計(jì)將水位變化轉(zhuǎn)沉筒式液位計(jì)將水位變化轉(zhuǎn)換成位移變化，再轉(zhuǎn)換為電感換成位移變化，再轉(zhuǎn)換為電感的變化，差動(dòng)變壓器的輸出反的變化，差動(dòng)變壓器的輸出反映液位高低。映液位高低。湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院案例：案例：板的厚度測(cè)量板的厚度測(cè)量 電感式傳感器電感式傳感器湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院案例：案例：張力測(cè)量張力測(cè)量電感式傳感器電感式傳感器湖北工業(yè)大

26、學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院壓磁式互感傳感器壓磁式互感傳感器磁彈性測(cè)力傳感器磁彈性測(cè)力傳感器壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng)鐵磁材料鐵磁材料P195湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院渦流式渦流式電感式傳感器電感式傳感器第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院渦流效應(yīng)渦流效應(yīng)湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院10 110 121R Ij L Ij MIU122220j MIR Ij L I湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院1022222122()MLRLLL22221221101022221

27、2222()()UM RM LZRjLIRLRL2221102222()MRRRRL湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院原線圈的等效阻抗原線圈的等效阻抗Z Z變化：變化：電感式傳感器電感式傳感器渦流式電感傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類。 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院高頻反射式渦流傳感器如圖所示，高頻(lMHz)激勵(lì)電流，產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)作用于金屬板的表面，由于集膚集膚效應(yīng)效應(yīng)，在金屬板表面將形成渦電流。與此同時(shí)，該渦流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)又反作用于線圈，引起線圈自感L或阻抗ZL的變化，其變化與距離、金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率、激勵(lì)電流i，及角

28、頻率等有關(guān)，若只改變距離而保持其他系數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈自感的變化，通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出。高頻反射式渦流傳感器多用于位移測(cè)量。湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院電渦流探頭電渦流探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1電渦流線圈電渦流線圈 2探頭殼體探頭殼體 3殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋 4印制線路板印制線路板 5夾持螺母夾持螺母 6電源指示燈電源指示燈 7閾值指示燈閾值指示燈 8輸出屏蔽電纜線輸出屏蔽電纜線 9電纜插頭電纜插頭 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院CZF-1系列傳感器的性能系列傳感器的性能 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院低頻透射式渦流傳感器的工作原理如圖所示，發(fā)射線圈1和接收線圈2分別置于被測(cè)金屬板材料G的上、下方。由于低頻磁場(chǎng)集膚效應(yīng)小，滲透深，當(dāng)?shù)皖l(音頻范圍)電壓e1加到線圈1的兩端后，所產(chǎn)生磁力線的一部分透過(guò)金屬板材料G,使線圈2產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2。湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院 但由于渦流消耗部分磁場(chǎng)能量，使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2減少，當(dāng)金屬板材料G越厚時(shí)，損耗的能量越大，輸出電動(dòng)勢(shì)e2越小。因此，e2的大小與G的厚度及材料的性質(zhì)有關(guān)，試驗(yàn)表明，e2隨材料