部分传感器原理3-电感式

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1、三、电感式传感器电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量（如位移、力、流量、振动）转化为电感量的一种装置。分类:电感式传感器涡流式可变磁阻式互感型自感型第三章常用传感器与敏感元件主要优点：1）结构简单、工作可靠；2）灵敏度高，能分辨0.01μm的位移变化；3）测量精度高、零点稳定、输出功率较大；4）可实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，在工业自动控制系统中被广泛采用；主要缺点：1）灵敏度、线性度和测量范围相互制约；2）自身频率响应低，不适用于快速动态测量。电感式传感器特点电感式传感器1.自感型当衔铁随被测量x变化而上、下移动时，其

2、与铁心间的气隙发生变化，磁路磁阻随之变化，从而引起线圈电感量的变化；通过测量电路转换成与位移成比例的电量，实现了非电量到电量的变换。（1）可变磁阻式结构原理如右图所示1—线圈2—铁心3—衔铁x电感式传感器线圈电感L由电工学可知，匝数为N的线圈电感为式中Rm—磁路总磁阻如果空气气隙d较小，且不考虑磁路的铁损，则总磁阻Rm式中l—铁心导磁长度；m—铁心导磁率；A—铁心导磁截面积d—气隙长度；m0—空气导磁率；A0—空气气隙导磁截面积电感式传感器线圈电感L由电工学可知，匝数为N的线圈电感为式中Rm—磁路总磁阻如果空气气隙d较小，且不考虑磁路的铁

3、损，则总磁阻Rm因为铁心磁阻与空气气隙的磁阻相比较很小，计算时可以忽略不计，则上式可简化为电感式传感器自感型可变磁阻式传感器的自感L变间隙型传感器灵敏度：S与气隙长度的平方成反比，d愈小，S愈高；同时存在非线性误差。为减小此误差，通常规定在较小间隙变化范围内使用，一般取Dd/d0≤0.1。这种传感器适用于较小位移（0.001~1mm）的测量。电感式传感器可变导磁面积型差动型可变磁阻式传感器的典型结构变间隙型变面积型单螺旋管线圈型双螺旋管线圈型用于电感测微计，常用测量范围为0~300mm，最小分辨力为0.5mm，接在交流电桥的相邻两桥臂。当

4、铁心在线圈中运动时，改变磁阻，使线圈自感发生变化。这种传感器结构简单、制造容易，但灵敏度低，适用于较大位移（数毫米）测量。电感式传感器电感式接近传感器（金属）电感式传感器测量范围：±20ｍｍ。基本误差：０.５％。输出讯号：±１０Ｖ。传感器工作环境：温度：-2０℃～+７０℃相对湿度：５％RH～９０RH％灵敏度：0.45v/mm。传感器供电电源为DC15V，外形尺寸φ22×228。（2）涡流式原理:涡电流效应涡流式传感器是利用涡电流效应进行工作的。由于结构简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油污等介质的影响，并能进行非接触测量，适用范围广。涡电流

5、：金属块放在变化的磁场中，穿过金属块的磁通量发生变化时，金属块内部就会产生感应电流，该电流在金属块内部形成闭合回路，就像旋涡一样，故称为涡电流。电感式传感器通常把电涡流传感器按激磁电源频率高低分为两大类：高频反射式电涡流传感器和低频透射式电涡流传感器，前者用于非接触式位移变量的检测，后者仅用于金属板厚度的测量。①高频反射式原理图根据楞次定律，涡电流的交变磁场F1与线圈的磁场F变化方向相反，F1总是抵抗F的变化。由于涡流磁场对导磁材料的作用以及气隙对磁路的影响，便原线圈的等效阻抗Z发生变化，变化程度与距离d有关。电感式传感器分析表明，影响高

6、频线圈阻抗Z的因素，除了线圈与金属板间距离d以外，还有金属板的电阻率r，磁导率m以及线圈激磁圆频率w等。当改变其中某一因素时，即可达到不同的变换目的。例如，变化d，可作为位移、振动测量；变化r或m值，可作为材质鉴别或探伤等。电感式传感器高频反射式电涡流传感器测量电路根据电涡流效应原理和等效电路,电涡流传感器输出的测量电路有以下两种形式。阻抗分压式调幅电路调频电路电感式传感器调频电路ddDd金属板与传感器之间的距离电感式传感器调频式测量电路的原理是被测量变化引起传感器线圈电感的变化，而电感的变化导致振荡频率发生变化，频率变化间接反映了被测

7、量的变化。见图电涡流式传感器外形图。ST-1电涡流式传感器外形图②低频透射式电涡流传感器电感式传感器电涡流传感器可用于动态非接触测量，测量范围视传感器结构、线圈匝数和励磁频率而定，一般从±(1~10)mm，最高分辨力可达0.1μm。此外，具有结构简单、使用方便、不受油污等介质的影响等优点。因此，近年来涡流式位移和振动测量仪、测厚仪和无损检测探伤仪等在机械、冶金等部门中日益得到广泛应用，在径向振摆、回转轴运动误差、转速和厚度测量，以及在零件计数、表面裂纹和缺陷测量中都有应用，如图所示。电感式传感器电涡流传感器应用实例电感式传感器电涡流传感器

8、产品电感式传感器案例：连续输油管的椭圆度测量CoiledTubeEddySensorReferenceCircle电感式传感器案例：无损探伤原理：裂纹检测，缺陷造成涡流变化。火车轮检测油管检测