2019年工程测试第三章传感器课件.ppt

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1、3.3.2电感式传感器电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。分类:电感式传感器自感型可变磁阻型涡流式互感型1、自感式(1)、可变磁阻式由电磁感应原理，则在其中产生磁通Φm，其大小与所加电流i成正比：式中W－线圈匝数；L—比例系数，称为自感(H)。又据磁路欧姆定律有式中Wi－磁动势（A）Rm－磁阻（H-1）将上式代入得自感当不考虑磁路的铁损且当气隙δ较小时，则该磁路的总磁阻式中l－铁芯的导磁长度(m);μ－铁芯磁导率(H/m);A－铁芯导磁截面积,A=a×b(m2);δ－气隙宽(m);μ0－空气导磁率

2、,μ0=4π×10-7(H/m);A0－空气隙导磁横截面积(m2)忽略第一项情况下可得总磁阻Rm近似为图3-21可变磁阻式传感器基本原理1—线圈2—铁芯3—衔铁将上式代入则有当A0固定，变化δ时，L与δ成非线性变化关系，此时传感器灵敏度灵敏度S与δ的平方值成反比，由于不是常数，因此会产生非线性误差。因此这种传感器常规定在较小气隙变化范围内工作。S此时为一定值，输出与输入近似成线性关系。实际应用中常选取Δδ/δ≤0.1。这种传感器适宜于测量小位移，一般为0.001~1mm。可变导磁面积型差动型常见的变磁阻式传感器按结构形式的不同分

3、为三种：变气隙式、变面积式、螺管式电感器（当铁芯在线圈中运动时，改变线圈磁路的磁阻，使线圈自感发生变化）。变气隙式单螺管线圈型双螺管线圈差动型图3-22可变磁阻式自感传感器结构原理图3-23双螺管线圈差动型电桥电路及输出特性自感式传感器应用图(a)测量透平轴与其壳体间的轴向相对伸长；图(b)用于确定一磁性材料上非磁性涂覆层的厚度；图(c)测量在一高压蒸汽管道中阀的位置。电感式接近传感器（金属）图自感式传感器应用例磁弹性测力传感器不存在气隙时，磁阻变为，因此自感公式变为：由于传感器的绕组（W）、截面积A和导磁长度l均不变化，因此自

4、感L便是导磁率的单一函数。由此便可利用L的变化来测量应力的变化。磁弹性测力传感器（a）铁－镍合金导磁率随所受法向力的变化情况；（b）传感器截面图1-铁磁体，2-线圈，3-磁力线（2）涡流式原理:涡流效应定义：当金属导体置于变化着的磁场中或者在磁场中运动时，在金属导体内部会产生感应电流，这种电流在金属导体内是自身闭合的，称之为涡电流或涡流。原理：当线圈中通以一交变高频电流时，会引起一交变磁通Ф。在靠近线圈的金属表面内部产生一感应电流i1，该电流i1即为涡流。根据楞次定律，由该涡电流产生的交变磁通Ф1将与线圈产生的磁场方向相反，亦即

5、Ф1将抵抗Ф的变化。由于该涡流磁场的作用，会使线圈的等效阻抗发生变化，其变化的程度除了与两者间的距离δ有关外，还与金属导体的电阻率ρ、磁导率μ以及线圈的激磁电流圆频率ω等有关。电涡流传感器分类：高频反射式：测量位移、振动低频透射式：测定材料厚度，低频透射式涡流传感器测定材料厚度低频(音频范围)电压el加到线圈W1的两端后，在周围空间产生一交变磁场，并在被测材料G中产生涡流i，此涡流损耗了部分能量，使贯穿W2的磁力线减少，从而使W2产生的感应电势e2减小。e2的大小与G的厚度及材料性质有关。涡流传感器的测量电路一般有阻抗分压式调幅

6、电路及调频电路。a）谐振曲线b）输出特性图3-26阻抗分压式调幅电路的谐振曲线及输出特性图3-25涡流测振仪分压调幅电路图3-27涡流测振仪调频电路工作原理涡流式电感传感器的应用：图3-28电涡流式传感器应用例案例：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3.3.2电感式传感器用来测量位移和角度：当图中的短路环相对于线圈1移动或转动时，由于产生的涡流作用，将影响磁通量的变化，该变化的量则正比于所移动的距离或转动的角度。涡流传感器测量（a）位移；（b）角度1——线圈；2——运动短路环测量磁性材料或介质（液体或气体

7、）的温度：原理：导体的电阻率随温度变化而变化：ρ1－温度为t1时导体的电阻率；ρ0－温度为t0时导体的电阻率；α－导体的电阻温度系数。当导体的电阻率随温度发生变化时，涡流传感器的输出亦将发生变化，其变化量正比于温度变化值。电涡流温度计结构示意图磁性及非磁性材料的温度特性2互感型--差动变压器WW1W2Esx-x工作原理:互感现象.EwEout3.3.2电感式传感器差动变压器测量电路3.3.2电感式传感器差动变压器位移传感器3.3.2电感式传感器案例：板的厚度测量~3.3.2电感式传感器案例：张力测量3.3.2电感式传感器3.4磁

8、电式、压电式及热电式传感器3.4.1磁电式传感器1.变换原理:磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。感应线圈的感应电动势e为磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。2分类磁电式动圈式磁阻式线速度型