7设自感传感器的初始气隙为δ0，初始电感量为L0，衔铁位移Δδ引起的气隙变化为Δδ，可得初始电感量为当衔铁下移Δδ时，传感器气隙增大Δδ，电感量变化为ΔL1§6.1.2变磁阻式传感器输出特性
8电感量的相对变化为当时，可将上式展开成泰勒级数形式§6.1.2变磁阻式传感器输出特性
9同理，当衔铁上移Δδ时，电感量变化为ΔL2的泰勒级数形式忽略二次项以上的高次项，可得传感器的灵敏度为§6.1.2变磁阻式传感器输出特性
10在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁，构成差动式自感传感器，两个线圈的电气参数和几何尺寸要求完全相同。这种结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等的影响也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。以变气隙型差动自感传感器为例。当磁路总气隙改变Δδ时，电感量的相对变化为§6.1.2变磁阻式传感器输出特性
11变隙式变截面式螺线管式§6.1.2变磁阻式传感器输出特性
12§6.1.2变磁阻式传感器输出特性
13§6.1.2变磁阻式传感器输出特性
14§6.1.2变磁阻式传感器输出特性
15§6.1.2变磁阻式传感器输出特性
16§6.1.2变磁阻式传感器输出特性
17§6.1.2变磁阻式传感器输出特性
18差动式电感传感器工作原理及输出特性§6.1.4电感式传感器测量电路
19谐振式调幅电路谐振式调频电路§6.1.4电感式传感器测量电路
20轴向式电感测微器的内部结构1—引线电缆2—固定磁筒3—衔铁4—线圈5—测力弹簧6—防转销7—钢球导轨（直线轴承）8—测杆9—密封套10—测端11—被测工件12—基准面1、位移测量§6.1.5电感式传感器的应用
211—气缸2—活塞3—推杆4—被测滚柱5—落料管6—电感测微器7—钨钢测头8—限位挡板9—电磁翻板10—容器（料斗）2、电感式滚柱直径分选装置§6.1.5电感式传感器的应用
222.电感式滚柱直径分选装置（外形）滑道分选仓位（参考中原量仪股份有限公司资料）§6.1.5电感式传感器的应用测微仪圆柱滚子
231—标准靠模样板2—测端（靠模轮）3—电感测微器4—铣刀龙门框架5—立柱6—伺服电动机7—铣刀8—毛坯3、电感传感器在仿形机床中的应用§6.1.5电感式传感器的应用
24该圆度计采用旁向式电感测微头4、电感式不圆度计原理§6.1.5电感式传感器的应用
25电感式不圆度测量系统外形（参考洛阳汇智测控技术有限公司资料）旋转盘测量头§6.1.5电感式传感器的应用
26不圆度测量打印§6.1.5电感式传感器的应用
271—压力输入接头2—波纹膜盒3—电缆4—印制线路板5—差动线圈6—衔铁7—电源变压器8—罩壳9—指示灯10—密封隔板11—安装底座5、压力测量§6.1.5电感式传感器的应用
28第六章电感式传感器本章内容：√变磁阻式传感器差动变压器式传感器电涡流式传感器测量技术基础
29一、工作原理及等效电路二、基本特性三、测量电路1、差动整流电路2、相敏检波电路3、零点残余电压及其补偿四、差动变压器式传感器应用§6.2差动变压器式传感器
30互感式传感器的工作原理类似于变压器的工作原理。主要包括有衔铁、初级绕组、次级绕组和线圈框架等。初级绕组、次级绕组的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移的改变而变化。由于在使用时两个结构尺寸和参数完全相同的次级绕组采用反向串接，以差动方式输出，所以又把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称为差动变压器。初级绕组作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，而次级绕组相当于变压器的副边。§6.2.1工作原理及等效电路
31工作原理：互感现象EwEout1-活动衔铁；2-导磁外壳；3-骨架；4-匝数为ω1的初级绕组；5-匝数为ω2a的次级绕组；6-匝数为ω2b的次级绕组213456螺线管式差动变压器结构§6.2.1工作原理及等效电路
32差动变压器等效电路§6.2.1工作原理及等效电路
33当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值(从零点几mV到数十mV)存在，称为零点残余电压。如图是扩大了的零点残余电压的输出特性。0e2x-xe20零点残余电压的存在造成零点附近的不灵敏区；零点残余电压输入放大器内会使放大器末级趋向饱和，影响电路正常工作等。1、零点残余电压§6.2.2基本特性
341基波正交分量2基波同相分量3二次谐波4三次谐波5电磁干扰ee1e20e2012345(a)残余电压的波形(b)波形分析tt图中e1为差动变压器初级的激励电压，e20包含基波同相成分、基波正交成分，二次及三次谐波和幅值较小的电磁干扰等。1、零点残余电压§6.2.2基本特性
35零点残余电压产生原因a、基波分量由于差动变压器两个次级绕组不可能完全一致，因此它的等效电路参数（互感M、自感L及损耗电阻R）不可能相同，从而使两个次级绕组的感应电势数值不等。又因初级线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，线圈匝间电容的存在等因素，使激励电流与所产生的磁通相位不同。1、零点残余电压§6.2.2基本特性
36零点残余电压产生原因b、高次谐波高次谐波分量主要由导磁材料磁化曲线的非线性引起。由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使得激励电流与磁通波形不一致产生了非正弦(主要是三次谐波)磁通，从而在次级绕组感应出非正弦电势。另外，激励电流波形失真，因其内含高次谐波分量，这样也将导致零点残余电压中有高次谐波成分。1、零点残余电压§6.2.2基本特性
37a．从设计和工艺上保证结构对称性为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加工精度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构。其次，应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的导磁材料。并应经过热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀性和稳定性。由高次谐波产生的因素可知，磁路工作点应选在磁化曲线的线性段。消除零点残余电压方法1、零点残余电压§6.2.2基本特性
38b、选用合适的测量线路采用相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移动方向，而且把衔铁在中间位置时，因高次谐波引起的零点残余电压消除掉。如图，采用相敏检波后衔铁反行程时的特性曲线由1变到2，从而消除了零点残余电压。e2+x-x210相敏检波后的输出特性消除零点残余电压方法1、零点残余电压§6.2.2基本特性
39c．采用补偿线路(1)由于两个次级线圈感应电压相位不同，并联电容可改变其一的相位，也可将电容C改为电阻，如图(a)。由于R的分流作用将使流入传感器线圈的电流发生变化，从而改变磁化曲线的工作点，减小高次谐波所产生的残余电压。图(b)中串联电阻R可以调整次级线圈的电阻分量。～e1e2CR～e1e2CR(a)(b)调相位式残余电压补偿电路§6.2.2基本特性
40(2)并联电位器W用于电气调零，改变两次级线圈输出电压的相位，如图所示。电容C(0.02μF)可防止调整电位器时使零点移动。～e1e2CR1R2W电位器调零点残余电压补偿电路c．采用补偿线路§6.2.2基本特性
41(2)相敏检波电路§6.2.3差动变压器传感器测量电路
42(b)差动变压器激磁电压波形(d)相敏检波解调电压波形(c)差动变压器输出电压波形(e)相敏检波输出电压波形被测位移变化波形图(2)相敏检波电路§6.2.3差动变压器传感器测量电路
43案例1：板的厚度测量~§6.2.4差动变压器传感器应用
44案例2：张力测量§6.2.4差动变压器传感器应用
45第六章电感式传感器变磁阻式传感器差动变压器式传感器电涡流式传感器本章内容：√√测量技术基础
46一、工作原理二、基本特性三、电涡流形成范围1、电涡流径向形成范围2、电涡流强度与距离的关系3、电涡流的轴向贯穿深度四、电涡流式传感器的应用§6.3电涡流式传感器
47电涡流效应演示当电涡流线圈与金属板的距离x减小时，电涡流线圈的等效电感L减小，流过电涡流线圈的电流i1增大。§6.3.1电涡流式传感器工作原理
48干净、高效的电磁炉§6.3.1电涡流式传感器工作原理
49集肤效应集肤效应与激励源频率f、工件的电导率、磁导率等有关。频率f越高，电涡流渗透的深度就越浅，集肤效应越严重。当高频（100kHz左右）信号源产生的高频电压施加到一个靠近金属导体附近的电感线圈L1时，将产生高频磁场H1。如被测导体置于该交变磁场范围之内时，被测导体就产生电涡流i2。i2在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为集肤效应（也称趋肤效应）。§6.3.1电涡流式传感器工作原理
50等效阻抗分析检测深度与激励源频率有何关系？电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z为：如果控制上式中的i1、f、、、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为哪个非电量的单值函数？属于接触式测量还是非接触式测量？§6.3.1电涡流式传感器工作原理
51等效阻抗与非电量的测量检测深度的控制：由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变激励源频率，可控制检测深度。多种用途：可以用来检测与表面电导率有关的表面温度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率有关的材料型号、表面硬度等参数。§6.3.1电涡流式传感器工作原理间距x的测量：如果固定其他因素不变，仅改变间距x，电涡流线圈的阻抗Z就成为间距x的单值函数，可用于非接触测量距离或位移。
52§6.3.1电涡流式传感器工作原理
53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。§6.3.1电涡流式传感器工作原理
54电涡流传感器简化模型1传感器线圈2短路环3被测金属导体§6.3.2电涡流式传感器基本特性
55电涡流传感器等效电路§6.3.2电涡流式传感器基本特性
561、电涡流径向形成范围§6.3.2电涡流式传感器基本特性
57电涡流强度与距离归一化曲线2、电涡流强度与距离的关系§6.3.2电涡流式传感器基本特性
58电涡流密度轴向分布曲线3、电涡流的轴向贯穿深度§6.3.2电涡流式传感器基本特性
59位移测量包含：偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、移动、圆度、冲击、偏心率、冲程、宽度等等。来自不同应用领域的许多量都可归结为位移或间隙变化。数显位移测量仪及探头1、位移测量§6.3.3电涡流传感器的应用
60§6.3.3电涡流传感器的应用
61V系列电涡流位移传感器性能一览表§6.3.3电涡流传感器的应用
62电涡流位移传感器的距离 与输出电压特性曲线§6.3.3电涡流传感器的应用某涡流传感器的输入（mm）输出（V）特性曲线
63电涡流传感器探头的安装好的安装方式不好的安装方式§6.3.3电涡流传感器的应用
64偏心和振动检测§6.3.3电涡流传感器的应用
65§6.3.3电涡流传感器的应用
66轴的径向振动测量§6.3.3电涡流传感器的应用
67转子不平衡故障§6.3.3电涡流传感器的应用转子不对中故障时域波形频谱图轴心轨迹时域波形频谱图轴心轨迹
68（a）油膜涡动轴心轨迹（b）油膜涡动频谱（c）油膜振荡轴心轨迹（d）油膜振荡频谱油膜涡动与油膜振荡的频谱及轴心轨迹§6.3.3电涡流传感器的应用
69测量金属薄膜测量冷轧板厚度§6.3.3电涡流传感器的应用
70高频反射式涡流测厚仪测试系统图§6.3.3电涡流传感器的应用
71测量尺寸、公差及零件识别通过测量间隙来测定热膨胀引起的上下平移§6.3.3电涡流传感器的应用
723、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)，转轴的转速n：§6.3.3电涡流传感器的应用
73例：图中，设齿数z=48，测得频率f=120Hz，求该齿轮的转速n。3、转速测量§6.3.3电涡流传感器的应用
744、镀层厚度测量由于存在集肤效应，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。§6.3.3电涡流传感器的应用
755、电涡流式通道安全检查门安检门的内部设置有发射线圈和接收线圈。当有金属物体通过时，交变磁场就会在该金属导体表面产生电涡流，会在接收线圈中感应出电压，计算机根据感应电压的大小、相位来判定金属物体的大小。在安检门的侧面还安装一台“软x光”扫描仪，它对人体、胶卷无害，用软件处理的方法，可合成完整的光学图像。§6.3.3电涡流传感器的应用
76安检门演示当有金属物体穿越安检门时报警§6.3.3电涡流传感器的应用
776、电涡流表面探伤手持式裂纹测量仪油管探伤§6.3.3电涡流传感器的应用
78§6.3.3电涡流传感器的应用
