电感式传感器课件

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1、电感式传感器工作流程如下： 电感式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成电感式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成线圈电感量（自感或互感）的变化，再经过转换电路线圈电感量（自感或互感）的变化，再经过转换电路变成电信号输出。本章主要内容有：变成电信号输出。本章主要内容有：本章主要内容电感式传感器二.螺线管式差动变压器一.变隙式差动变压器三. 变面积式差动变压器 五. 差动变压器式传感器的应用5.3 电涡流式传感器一工作原理二. 测量电路三电涡流式传感器的应用一. 变气隙厚度自感式传感器四 .差动自感式传感器二二. 变气隙截面积自感式传感器三三.单线圈螺管型自感式传感器五. 自感式传感器测量电路

2、六. 自感式传感器的应用5.2 差动变压器式传感器电感式传感器电感式传感器5.1 自感式传感器 自感式传感器是将被测量的变化转换成线圈自感L的变化，通过一定的转换电路转换成电压或电流输出的装置，按磁路几何参数变化形式的不同，主要有：变气隙厚度式传感器 、变气隙截面积式传感器 、单线圈螺管式传感器 ，差动型传感器。前两种又称为变磁阻式传感器。线圈电感计算式：线圈电感计算式： W -线圈匝数。线圈匝数。 R Rm m - - 磁路总磁阻。磁路总磁阻。mRWL2电感式传感器S1l1L1W23l21线 圈 ；2铁 芯 (定 铁 芯 )；3衔 铁 (动 铁 芯 )S2图51 变气隙厚度式传感器 电感式传

3、感器002221112AAlAlRm00222111222AAlAlWRWLm 磁路总磁阻：磁路总磁阻： 在铁芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值 L 的变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。2100特点：灵敏、特点：灵敏、线性差、装线性差、装配难配难A0 表示气隙截面积电感式传感器 上式表明：当线圈匝数W为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数，改变或A均可导致电感变化，因此变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度的传感器和变气隙面积A的传感器。目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感

4、传感器。 22002002AWAWL 因为导磁体的磁导率远大于空气磁导率，即气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，则上式线圈的自感大小为：电感式传感器0022AWL则自感变化量为： 00001LLLL当0时 3020000)()(1LL（4-7） 电感式传感器00001LLLL当时 0 3020000)()(1LL（4-8） 忽略式（4-7）和（4-8）中的高次项，化量00LL电感式传感器001/LLS20001 0 0 % 从提高灵敏度的角度看，初始空气隙0应尽量小。其结果是被测量的范围也变小。同时，灵敏度的非线性也将增加。可见：变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变隙式电感式

5、传感器适用于测量微小位移的场合。为了保证一定的测量范围和线性度，一般取非线性误差与 的大小有关，其表达式为：00)2 . 01 . 0(非线性误差:电感式传感器20022AWRWLm4. 输出特性 L与之间是非线性关系， 特性曲线如图5-2所示。图5-2 变隙式电压传感器的L-特性电感式传感器20000011LLK20000011LLK电感式传感器23000LL非线性部分23000LL非线性部分 为了减小非线性误差，提高灵敏度，实际测量中广泛采用差动接法的变隙式电感传感器。电感式传感器电感式传感器axLLLLxbWbaWxabWL0002020222)(23. 灵敏度：axLLS1/0电感变化

6、量与位移呈线性关系电感式传感器电感式传感器图5-4 螺管型自感式传感器 当线圈中圆柱形衔铁作上下移动时，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，螺管线圈的自感 L 将发生相应变化，线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度有关。 若使用恒流源作为激励，则线圈的输出电压与衔铁位移量有关。2. 工作原理：电感式传感器螺线管型电感式传感器电感螺线管型电感式传感器电感线圈线圈衔铁衔铁0mal)1(22220aamrlrllWL总长总长线圈半径线圈半径插入长度插入长度衔铁半径衔铁半径特点：灵敏稍差、线性好、特点：灵敏稍差、线性好、量程大、易批量生产。量程大、易批量生产。电感式传感器)(22201allrlWLaaml

7、rrlWL222202) 1(22220210) 1(rllrlWLLLaam 设L1为螺线管空心部分的自感量，L2为螺线管含铁芯部分的自感量，则螺线管的初始自感量：L0=L1+L2。222200)() 1(rlxlrlWLLLaam电感式传感器xrlWLam2220) 1(xrlaa,rl,rl m式中，-衔铁插入线圈的长度、半径和位移量。-线圈的长度、半径（通常要求-导磁体相对导磁率。）。电感式传感器3. 线圈的灵敏度：)11()(111/20maaarrlllxLLS实际单线圈螺管型自感传感器的输出特性并非线性。而差动螺管型自感传感器较单线圈螺管型的非线性有所改善。电感式传感器 通过以上

8、三种形式的电感式传感器的分析，可以得出以下几点结论:1. 变间隙型灵敏度较高，但非线性误差较大，且制作装配比较困难。2. 变面积型灵敏度较前者小，但线性较好，量程较大，使用比较广泛。3.螺管型灵敏度较低，但量程大且结构简单易于制作和批量生产，是使用最广泛的一种电感式传感器。结论电感式传感器四. 差动式自感传感器 结构：两个线圈几何尺寸完全相同结构：两个线圈几何尺寸完全相同, ,铁芯安装完全对称。铁芯安装完全对称。 特点：特点：提高灵敏度、改善线性度提高灵敏度、改善线性度、对温度变化、易于补、对温度变化、易于补偿电源频率变化影响。偿电源频率变化影响。+L-L螺线管型螺线管型变间隙型变间隙型变面积

9、型变面积型+L-L+L-L结构结构：共用一个衔铁的两个相同自感式传感器线圈以共用一个衔铁的两个相同自感式传感器线圈以差动形式差动形式构成构成的一种的一种电感传感器。当铁芯移动时，两个线圈电感产生相反方向的电感传感器。当铁芯移动时，两个线圈电感产生相反方向的增减，结构上增减，结构上要求两个线圈的电气参数和几何尺寸完全相同要求两个线圈的电气参数和几何尺寸完全相同。电感式传感器图5-5 差动变隙式自感式传感器sUL1L2RoRooU122131铁 芯 ；2线 圈 ；3衔 铁1. 基本结构 差动变气隙厚度自感式传感器电感式传感器 2000011LL 302000021LL 4020002112LLLL

10、0002021LLLL0000111LLLL电感式传感器002LL 差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。 差动式的非线性项(忽略高次项)，单线圈的非线性项（忽略高次项)，由于/01，因此，差动式的线性度得到明显改善。002/LLS忽略高次项，可得非线性误差为：32000100%结论：电感式传感器图4-6 差动螺管型自感式传感器的结构电感式传感器) 1(42222202010aamlrlrlWLLL式中2010,LL-线圈，的初始电感值。 当铁芯移动x (如左移)后，使左边电感值增加，右边电感值减小，即)() 1(422222101xlrlrlWLLLaam)() 1(4222222

11、02xlrlrlWLLLaam电感式传感器)11()(1122021maaarrlllxLLLL3. 线圈的灵敏度：)11()(112/20maaarrlllxLLS比单线圈的灵敏度提高1倍电感式传感器变面积型变面积型+L-L分析过程略电感式传感器五.自感式传感器测量电路 自感式传感器实现了把被测量的变化转变为自感的变化，为了测出自感的变化，同时也为了送入下级电路进行放大和处理，就要用转换电路把自感转换为电压或电流的变化。 一般，可将自感量变化转换为电压(电流)的幅值、频率、相位的变化，它们分别称为调幅、调频、调相电路。 在自感式传感器中一般采用调幅电路，调幅电路的主要形式有交流电桥和变压器电

12、桥。电感式传感器1. 调幅电路调幅电路 LZ考虑：考虑：输出对称电桥，单臂测量时：输出对称电桥，单臂测量时：ZZUU40双臂差动测量时：双臂差动测量时：LLUZZUU220+L-L（一）交流电桥（一）交流电桥-电阻平衡臂电桥电阻平衡臂电桥电感式传感器(二二) 变压器式交流电桥变压器式交流电桥 变压器式交流电桥测量电路如图4-6所示，电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/2阻抗。UC2U2UZ1Z2oUABD图4-6 变压器式交流电桥电感式传感器2211212122oZZZ UUUUZZZZ 当传感器的衔铁处于中间位置，即Z1=Z2=Z0，此时有，电桥平衡。 0

13、oU当负载阻抗为无穷大时， 桥路输出电压为： 电感式传感器当当传感器衔铁上移传感器衔铁上移：如如Z1=Z0+Z，Z2=Z0Z， 20UZZUo(4-25) 当传感器衔铁下移：如Z1=Z0Z，Z2=Z0+Z， 此时 20UZZUo(4-26) 可知：衔铁上下移动相同距离时，输出电压 相位相反，大小随衔铁的位移而变化。0Ul工作原理：工作原理：电感式传感器电感式传感器灵敏度 非线性误差放大器饱和零点残余电压的消除：危害：电感式传感器（1）应尽可能保证传感器几何尺寸，线圈电气参数和磁路的相互对称，这是减少零位电压最有效的方法。（2）采用导磁性能良好的材料制作传感器壳体，使之兼顾屏蔽作用，以减小外界电

14、磁场干扰。（3）将传感器磁回路工作区域设计在铁芯磁化曲线的线性段（避开饱和区），以减小由于磁化曲线的非线性而产生的三次谐波。（4）采用适当的外电路补偿法来减小零点残余电压。（5）选用相敏整流器作为测量电路可以使零点残余电压减小到忽略不计的程度。消除或减小零点残余电压的方法：电感式传感器减小残余电动势的减小残余电动势的补偿电路补偿电路电感式传感器电感式传感器电感式传感器带有相敏整流的电桥电路当衔铁处于中间位置时，即Z1=Z2=Z，由于桥路结构对称，此时UB=UC，即Uo=UBUC=0。l 同理，如果输入交流电压为负半周， U00n 可见无论电源正半周或负半周，测量桥的输出状态不变，输出均为U00

15、，此时直流电压表反向偏转，读数为负，表明衔铁上移。0)(21210IIRRIRIUUUUUDCBDCB0)(210IIRUUUCB电感式传感器* * 如图所示为另一种带有相敏整流的交流电桥如图所示为另一种带有相敏整流的交流电桥电压表读数大小反映衔铁电压表读数大小反映衔铁的位移；电压表极性反映的位移；电压表极性反映移动方向。移动方向。+L-L交交流流电电源源电电源源指指示示 衔铁在中间位置时衔铁在中间位置时,无论无论正负半周，正负半周，C、D两点等电位，两点等电位，电桥平衡，输出电桥平衡，输出UCD=0 V。JGH 型型 电电 感感 测测 厚厚 仪仪 测测 量量 电电 路路 电感式传感器当衔铁上

16、移，当衔铁上移，D D点将比点将比C C点电位高，认为电压表正偏。点电位高，认为电压表正偏。24221111CCABCCABDBCBCDZRZZUZRZZUUUU+ +- -Z1Z2电源正半周电源正半周电路分析电路分析当衔铁上移当衔铁上移+L-L电感式传感器当衔铁上移，负半周当衔铁上移，负半周D D也比也比C C点电位高，电压表仍正偏。：点电位高，电压表仍正偏。：+L-L+ +- -Z1Z2电源负半周电源负半周电路分析电路分析当衔铁上移当衔铁上移22111322ZRZZUZRZZUUUUCCBACCBABCBDCD电感式传感器结论：无论正负半周，只要衔铁上移，电压表头就正转。结论：无论正负半周

17、，只要衔铁上移，电压表头就正转。 位移越多，指针偏转越大。位移越多，指针偏转越大。同理：无论正负半周，只要衔铁下移，电压表头就反转。同理：无论正负半周，只要衔铁下移，电压表头就反转。 位移越多，指针偏转越大。位移越多，指针偏转越大。电感式传感器GCLffoL(a)(b)图4-10 谐振式调频电路电感式传感器LLfLLCCf2)(423其振荡频率 。当L变化时，振荡频率随之变化，根据f 的大小即可测出被测量的值。图4-10（b）表示f 与L的关系曲线，它具有严重的非线性关系。 )2/(1LCf电感式传感器电感式传感器RLarctan2电感式传感器LLRLRL2)(1)(2 当自感L有微小变化量L

18、时，输出电压相位角的变化量 ：电感式传感器六六. 自感式传感器的应用自感式传感器的应用 图4-9 变间隙自感式压力传感器结构图 线 圈铁 芯衔 铁膜 盒PUA电感式传感器 当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移，于是衔铁也发生移动， 从而使气隙发生变化， 流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表A的指示值就反映了被测压力的大小。 电感式传感器图4-10 差动变隙式电感压力传感器 线圈1C形弹簧管调机械零点螺钉线圈2衔铁输出P电感式传感器 当被测压力进入C形弹簧管时， C形弹簧管产生变形， 其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈1和线圈2中的电

19、感发生大小相等、符号相反的变化。即一个电感量增大，另一个电感量减小。电感的这种变化通过电桥电路转换成电压输出。由于输出电压与被测压力之间成比例关系， 所以只要用检测仪表测量出输出电压， 即可得知被测压力的大小。 图4-10为变隙式差动电感压力传感器。它主要由C形弹簧管、 衔铁、 铁芯和线圈等组成。自感传感器实际测量电路举例JGH型电感测厚仪的传感器是一只差动式自感传感器，因此测量电路是一不平衡电桥电路。JGH 型型 电电 感感 测测 厚厚 仪仪 测测 量量 电电 路路 电感式传感器L1、L2是电感器传感器的两个线圈作为两个桥臂；四只二极管VD1-VD4组成相敏整流器；RP1调零电位器，RP2调

20、电压表V满度； 被测厚度正常时，电桥平衡无电压， 被测厚度变化时电压表V方向偏转， 根据偏转方向确定衔铁移动方向。电感式传感器5.2 差动变压器式传感器 把被测量的变化转换为线圈互感量变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。 差动变压器结构形式：变隙式差动、变面积式差动和螺线管式差动等。在非电量测量中， 应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1100mm机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、 结构简单、性能可靠等优点。 电感式传感器(a)、(b) 变隙式差动变压器；(c)、(d) 螺线管式差动变压器；(e)、

21、(f) 变面积式差动变压器 电感式传感器图4-2.1 几种差动变压器的结构示意图电感式传感器一一. 变隙式差动变压器变隙式差动变压器iUBbaiIA1W1aW2aCW1bW2be2ae2boU22U1U12(a)(b)图 4-11 变隙式差动变压器结构示意图 基本结构电感式传感器 假设闭磁路变隙式差动变压器的结构如图4-11（a）所示， 在A、B两个铁芯上绕有W1a=W1b=W1的两个初级绕组和W2a=W2b=W2两个次级绕组。两个初级绕组的同名端顺向串联，而两个次级绕组的同名端则反相串联，图4-11（a）的等效电路 如图4-12所示。iUr1ar1bL1aL1bL2aL2bbE2aE2r2a

22、r2boURLMaMb图4-12 变隙式差动变压器等效电路 电感式传感器 当没有位移时，衔铁C处于初始平衡位置，它与两个铁芯的间隙有a0=b0=0，则绕组W1a和W2a间的互感Ma及绕组W1b和W2b的互感Mb相等，致使两个次级绕组的互感电势相等，即e2a=e2b。由于次级绕组反相串联，因此，差动变压器输出电压： 工作原理工作原理0220baEEU0220baEEU当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁位置将发生相应变化，使ab，互感MaMb，两次级绕组的互感电势e2ae2b，输出电压 ：即差动变压器有电压输出， 此电压大小反映被测体位移大小。通过用相敏检波等电路处理，使输出电压的极性能反映位移

23、的方向。电感式传感器当r1aL1a，r1b U68 ，则U2 0；而当衔铁在零位以下时， 则有U24 U68，则U2 U68 ，则U20； 当铁芯在零位以下时，因为U24U68 ，则U20。 可见铁芯在零位以上或以下时，输出电压的极性相反，于是零点残余电压会自动抵消。此外，该电路还具有结构简单、分布电容影响小和便于远距离传输等优点，获得广泛的应用。电感式传感器（2）差动相敏检波电路交交流流电电源源同相或反相（设同相）同相或反相（设同相）输出输出 当铁心位于正中时，电路当铁心位于正中时，电路对称，输出交流，平均为对称，输出交流，平均为0 0。电感式传感器电压输出：电压输出：EUU20EU一般来说

24、：一般来说：电源正半周电路分析电源正半周电路分析当衔铁下移当衔铁下移E2+ +- -EEee- -+ + + +- - -电感式传感器电压输出：电压输出：EUU20平均为负。平均为负。结论：结论：衔铁下移，平均输出为负衔铁下移，平均输出为负；衔铁上移，平均输出为正！衔铁上移，平均输出为正！电源负半周电路分析电源负半周电路分析当衔铁下移当衔铁下移eeE2EE2/U2/U+ +- -+ + +- - -电感式传感器 可直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。 图4-21为差动变压器式加速度传感器的原理结构示意图。 它由悬臂梁和差动变压器构成。测

25、量时，将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定，而将衔铁的A端与被测振动体相连， 此时传感器作为加速度测量中的惯性元件，它的位移与被测加速度成正比，使加速度测量转变为位移的测量。当被测体带动衔铁以x(t)振动时，导致差动变压器的输出电压也按相同规律变化。 四四. 差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器的应用电感式传感器图4-21 差动变压器式加速度传感器原理图 11B2Ax(t)1悬 臂 梁 ；2差 动 变 压 器加速度测量电感式传感器1线圈2衔铁3弹性元件：承受轴向力时应力分布均匀； 当长径比较小时，受横向偏心的分力的影响较小。 电感式传感器1测端2防尘罩3轴套4圆片簧5测杆6磁筒7磁芯8

26、线圈9弹簧10导线电感式传感器 微压力传感器 1-接头；2-膜盒；3-底座；4-线路板；5-差动变压器线圈；6-衔铁；7-罩壳；8-插头；9-通孔 传感器与弹性敏感元件（膜片、膜盒和弹簧管等）相结合，可以组成开环压力传感器和闭环力平衡式压力计 电感式传感器1 悬臂梁；2 差动变压器 电感式传感器位移测量位移测量电感测微仪电感测微仪-LL直直流流电电压压交交流流电电源源电感式传感器电感测微仪的电感测微仪的轴向测试头轴向测试头引线引线线圈线圈衔铁衔铁弹簧弹簧导杆导杆测端测端力和压力测量力和压力测量衔铁衔铁线圈线圈线圈线圈罩壳罩壳插座插座膜膜盒盒接接头头弹性弹性体体差动变压器式力传感器和微压力传感器

27、差动变压器式力传感器和微压力传感器电感式传感器振动和加速度测量振动和加速度测量液位测量液位测量衔铁衔铁差动差动变压器变压器弹簧弹簧壳体壳体电感式传感器电感式传感器5.3 电涡流式传感器 一一. 基本结构 图4-22 电涡流式传感器原理图（a） 传感器激励线圈; （b） 被测金属导体 1I1H传感器激励线圈(a)(b)2H2I被测金属导体传感器激励电流电感式传感器 根据法拉第定律，当传感器线圈通以正弦交变电流I1时，线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1，使置于此磁场中的金属导体中感应电涡流I2，I2又产生新的交变磁场H2。根据愣次定律， H2的作用将反抗原磁场H1，由于磁场H2的作用，涡流要消耗

28、一部分能量，导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。 线圈阻抗的变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。电感式传感器式中, r为线圈与被测体的尺寸因子。 测量方法： 如果保持上式中其它参数不变，而只改变其中一个参数， 传感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数。通过与传感器配用的测量电路测出阻抗Z的变化量，即可实现对该参数的测量。 Z=F(,，r，I，f，x) 传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数关系式为(4-40) 电感式传感器二二 工作原理工作原理 图4-23 电涡流式传感器简化模型 ras1xhrari(r)231传感器线圈；2短路环；3被测金属导体电感式传感器 电涡流传感器简化模型中，

29、把在被测金属导体上形成的电涡流等效成一个短路环，即假设电涡流仅分布在环体之内， 模型中h（电涡流的贯穿深度）可由下式求得： fh(4-41) 式中, f 为线圈激磁电流的频率。 电感式传感器 根据简化模型，可画出如图4-24所示的等效电路图。图中R2为电涡流短路环等效电阻，其表达式为 iarrnhR122(4-42) 根据基尔霍夫第二定律，可列出如下方程： 022221121111ILjIRIMjUIMjILjIR(4-43) 电感式传感器图4-24 电涡流式传感器等效电路图 1UL1L212R1R2M2I1I1传感器线圈；2电涡流短路环电感式传感器由式（4- 43）解得等效阻抗Z的表达式为

30、eqeqLjRLLRMLjRLRMRIUZ22222222122222222111(4-44) 式中：Req线圈受电涡流影响后的等效电阻 222222221RLRMRReq电感式传感器Leq线圈受电涡流影响后的等效电感 222222221LLRMLLeq线圈的等效品质因数Q值为 eqeqRLQ式（4-44）和式（4-45）为电涡流传感器基本特性表示式。 可见：因涡流效应，线圈的品质因素Q下降。(4-45) 电感式传感器三三. 电涡流传感器测量电路电涡流传感器测量电路图4-28 调频式测量电路 (a) 测量电路框图； (b) 振荡电路 频率计f-V电压表振荡器CLx(a)R1R2C1R3R4C2

31、C3C4R5C6R6C5CL(x)Vcc(b)L1V1V2f主要有调频式、 调幅式电路两种。1. 调频式电路调频式电路电感式传感器 传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与被测导体距离x改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率的变化，该变化的频率是距离x的函数，即f=L(x), 该频率可由数字频率计直接测量，或者通过f-V变换，用数字电压表测量对应的电压。 振荡器的频率为 CxLf)(21为了避免输出电缆的分布电容的影响，通常将L、C装在传感器内。 此时电缆分布电容并联在大电容C2、C3上，因而对振荡频率f的影响将大大减小。 电感式传感器由传感器线圈L、电容器C和石英晶体组成的石英

32、晶体振荡电路如图4-29所示。石英晶体振荡器起恒流源的作用，给谐振回路提供一个频率（f0）稳定的激励电流io，LC回路输出电压 )(ZfiUoo（4-48） 式中, Z为LC回路的阻抗。 2. 调幅式电路调幅式电路电感式传感器图4-29 调幅式测量电路示意图 放 大检 波指 示RioLCUo电感式传感器 当金属导体远离或去掉时，LC并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率fo，回路呈现的阻抗最大， 谐振回路上的输出电压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐，从而使输出电压降低，L的数值随距离x的变化而变化。因此，输出电压也随x而变化。输出电压经放大、 检波后，

33、由指示仪表直接显示出x的大小。 除此之外， 交流电桥也是常用的测量电路。 电感式传感器 图4-30 为透射式涡流厚度传感器的结构原理图。在被测金属板的上方设有发射传感器线圈L1，在被测金属板下方设有接收传感器线圈L2。当在L1上加低频电压U1时，L1上产生交变磁通1，若两线圈间无金属板，则交变磁通直接耦合至L2中，L2产生感应电压U2。如果将被测金属板放入两线圈之间，则L1线圈产生的磁场将导致在金属板中产生电涡流, 并将贯穿金属板，此时磁场能量受到损耗，使到达L2的磁通将减弱为1，从而使L2产生的感应电压U2下降。金属板越厚， 涡流损失就越大，电压U2就越小。因此，可根据U2电压的大小得知被测

34、金属板的厚度。透射式涡流厚度传感器的检测范围可达1100 mm， 分辨率为0.1 m，线性度为1%。 .四四. 涡流式传感器的应用涡流式传感器的应用1. 低频透射式涡流厚度传感器电感式传感器图4-30 透射式涡流厚度传感器结构原理图 被测金属板L1L2111U2U电感式传感器2. 高频反射式涡流厚度传感器 图4-31 高频反射式涡流测厚仪测试系统图 厚 度 给 定 系 统S1检 波比 较 电 压检 波S2加 法 器指 示 仪 表带 材xx1x2电感式传感器 为了克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响，在带材的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器S1和S2。S1和S2与被测带材

35、表面之间的距离分别为x1和x2。若带材厚度不变，则被测带材上、下表面之间的距离总有x1+x2=常数的关系存在。两传感器的输出电压之和为2Uo，数值不变。如果被测带材厚度改变量为，则两传感器与带材之间的距离也改变一个，两传感器输出电压此时为2UoU。U经放大器放大后，通过指示仪表即可指示出带材的厚度变化值。 带材厚度给定值与偏差指示值的代数和就是被测带材的厚度。 电感式传感器图4-32所示为电涡流式转速传感器工作原理图。在软磁材料制成的输入轴上加工一键槽，在距输入表面d0处设置电涡流传感器， 输入轴与被测旋转轴相连。 图4-32 电涡流式转速传感器工作原理图 振荡器高频放大器检波器整形电路d输入

36、轴d0传感器fn3. 电涡流式转速传感器电感式传感器 当被测旋转轴转动时，电涡流传感器与输出轴的距离变为d0+d。由于电涡流效应，使传感器线圈阻抗随d的变化而变化，这种变化将导致振荡谐振回路的品质因数发生变化，它们将直接影响振荡器的电压幅值和振荡频率。因此，随着输入轴的旋转，从振荡器输出的信号中包含有与转速成正比的脉冲频率信号。 该信号由检波器检出电压幅值的变化量，然后经整形电路输出频率为fn的脉冲信号。 该信号经电路处理便可得到被测转速。 在转轴上开一个或多个键槽，靠近轴表面安装一个涡流传感器（如图4.32），当轴转动时，涡流传感器将周期性地改变输出信号，该电压信号经放大、整形后，可以用频率计指示输出频率值。该值与频率和槽数有关，其关系为Nfn60式中： 为频率值； 为轴上开的槽数； 为被测轴的转速，单位为 。Nfn60电感式传感器式中： 为频率值； 为轴上开的槽数； 为被测轴的转速，单位为 。电感式传感器