电气检测技术ppt课件.ppt

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1、4.2电感式传感器工作原理1）利用电磁感应现象把被测量如：位移、振动、压力、流量、重量、力矩等各种非电量的变化转换成线圈的自感或互感的变化；2）测量电路把线圈的自感或互感的变化转化为电压或电流的变化量进行输出，实现非电量到电量的转换。电感式传感器主要类型1）自感式传感器2）差动变压器式传感器3）电涡流式传感器电感式传感器的主要特点1）结构简单，无活动电触点，工作可靠、寿命长；2）灵敏度和分辨率高，能测出0.01um位移变化传感器的输出信号强，电压灵敏度一般为每毫米的位移可达几百毫伏的输出；电感式传感器的主要特点3）

2、线性度和重复性好，一定位移范围内(几十至几毫米)，非线性误差可做到0.05%-0.1%，稳定性也好。能实现信息的远距离传输、控制，在工业自动化生产中被广泛使用；4）频率响应低、不宜进行快速动态测量。一、自感式传感器1、简单自感传感器的原理及特性组成：1)线圈2)铁芯3)衔铁气隙厚度：传感器线圈电感值(忽略导磁体磁阻)为空气隙的厚度为空气隙的磁导率为空气隙的横截面积RM为电路总磁阻自感传感器基本类型a：不变，电感值随气隙变化的变气隙型传感器b：不变，电感值随面积变化的变面积型传感器2、变间隙型自感传感器的工作特性S不

3、变，空气隙有微小变化时，设初始空气隙厚度大小为，此时线圈的自感为：电感的变化量为：灵敏度：二次项非线性：通常取：3、变面积型自感传感器的工作特性工作特性是线性的，其灵敏度为：传感器的测量特点1）变气隙型灵敏度高，非线性误差大，测量范围小；2）变面积型灵敏度较低，但线性度好，测量范围大；3）结构比较简单，运用方便。缺点有初始电感，线圈流向负载的电流不为零，衔铁永远受有吸力，这是结构带来的固有误差。线圈电阻受温度影响引起温度误差，灵敏度低4、差动自感传感器变间隙型差动自感传感器的原理图如图：组成：一个公共衔铁、上下两个

4、对称线圈结构特点1）两个磁体的几何尺寸、材料、电气参数完全一致；2）传感器的两个电感线圈接成交流电桥的相邻桥臂；3）初始状态，两个电感线圈的电感值大小相等，极性相反，电桥的输出为零。电感变化量为：灵敏度非线性特性差动自感传感器仅含有奇次方非线性项，其三次方非线性误差为：5、基本测量电路如图交流电桥，Z1、Z2为传感器的两个线圈中的阻抗，构成一对桥臂，另两臂为电源变压器二次线圈的两半（每一半的电压为)，0为零电压参考电压，A、B点为电压输出端。工作过程1)衔铁处于中心位置时，两线圈完全对称：2)衔铁↓时，得到输出电压

5、：3)当传感器线圈电阻远小于其感抗，即，输出电压的有效值为：为电源角频率显然，当衔铁运动时，阻抗Z1，Z2虽变化，但变化的仅为电感量L，而线圈电阻r可认为不变，故:4)同理当衔铁↑时，可得到电压输出值为：有效值为：二、差动变压器式传感器工作原理：把被测量的变化转换成互感系数的变化，传感器本身又是互感系数可变的变压器，由于接线方式为差动工作方式，所以称为差动变压器式传感器。同时，由于它是基于互感变化的原理，所以又称互感变压器。三、电涡流式传感器电涡流效应：电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，

6、这种感应电流成闭合回线，称之为电涡流。根据电涡流效应原理制成的传感器称之为电涡流式传感器。电涡流的特点电涡流的大小与金属的电阻率、磁导率、厚度及线圈与被测金属体的距离、线圈励磁电源的角频率等参数有关，如果固定其中一些参数，就可以根据涡流的大小求出另外的参数。涡流传感器的特点1）非接触连续测量，动态响应好，灵敏度高；2）测量线性范围大(300微米－1000mm)，抗干扰能力强；应用：可测量振动、位移、厚度、转速、温度，硬度等参数，还可以进行无损探伤。1、基本原理当没有测量体接近时，传感器线圈由于高频电流i的激励将产生

7、一个交变磁场。被测物体靠近传感器时，由电磁感应定律，金属表面产生电涡流，该电涡流将产生一个与激励磁场相反的电磁场。相应的，得到如下的涡流渗透深度计算式：涡流渗透深度计算式式中：为渗透深度，为导体电阻率为交变磁场的频率，为相对磁导率在金属导体表面产生的涡流引起的磁场又反作用于传感器线圈L，力图改变线圈电感量的大小，变化程度与线圈L的尺寸大小、距离x及、有关。分类涡流传感器在金属体上产生的涡流，其渗透深度与传感器线圈的励磁电流的频率有关；涡流传感器据此又可以分为高频反射式传感器和低频渗透式传感器两类。从基本工作原理而言

8、，两者是类似的。2、高频反射涡流传感器等效电路假设传感器线圈的原有电阻为R1，电感为L1，无导体靠近时，其复阻抗为，有导体靠近时，传感器线圈与金属导体耦合成一个线圈，可把传感器线圈看作是变压器的原边线圈，把金属导体中涡流回路看作是变压器的次级，复阻抗为：由涡流产生的磁场总是与原磁场相反，线圈和导体间还存在一个互感M，其大小取决于金属导体和线圈间的距离x。被测