位移與速度測量傳感器(已修改)
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【正文】 2022/5/24 1 實(shí)用傳感器技術(shù)教程 2 電感式位移傳感器 第 4章 位移與速度測量傳感器 電容式位移傳感器 霍爾傳感器 電渦流式傳感器 光柵傳感器 微波傳感器 超聲波傳感器 位移檢測傳感器性能比較 3 ?無論是科學(xué)研究還是生產(chǎn)實(shí)踐中，需要進(jìn)行位移測量的場合非常多。此外，還有許多被測物理量可以轉(zhuǎn)化為位移進(jìn)行測量，如壓力、位置等都可以通過某種轉(zhuǎn)換部件，先將它們轉(zhuǎn)換為直線位移，然后通過測量位移間接得到被測量。在不同的場合、不同的應(yīng)用領(lǐng)域，對位移測量傳感器的要求差異也很大，比如測量范圍、測量精度、動態(tài)響應(yīng)等。因此，位移測量傳感器的種類也是相當(dāng)多，并且各自的特性也不相同。 4 電感式位移傳感器 電感式傳感器是基于 電磁感應(yīng)原理 ，將輸入量轉(zhuǎn)換成電感變化量的一種裝置。常配以不同的敏感元件用來測量位移、壓力、振動 等物理參數(shù)。 5 電感式位移傳感器 線圈線圈鐵芯銜鐵銜鐵??( a ) ( b )( c )圖 41 電感式傳感器的結(jié)構(gòu)原理 6 L鐵 芯線 圈銜 鐵????拉 簧I自感 L與氣隙 δ成反比，而與氣隙導(dǎo)磁截面積 A成正比。 W—— 線圈匝數(shù)， μ0—— 空氣磁導(dǎo)率。 氣隙型傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖 7 ? 差動變隙式電感傳感器的原理結(jié)構(gòu) 初態(tài)時：若結(jié)構(gòu)對稱，且動鐵居中，則 δ1=δ2， U0=0。 動鐵上移時：則 δ1↓→L1↑→I1↓=I1ΔI δ2↑→L2↓→I2↑=I2+ΔI I=I2↑I1↓=2ΔI U0=2ΔIZL 同理，動鐵下移時： U0=2ΔIZL 1?2?銜 鐵線 圈鐵 芯I1I2IZLU0U / 2U / 2Ui8 電感位移傳感器輸出特性 ? 由圖可以看出 L=f(δ)不是線性的，即變氣隙式傳感器 δ和 L之間不滿足線形變化關(guān)系。理論上，當(dāng) δ=0時， L為 ∞，如果考慮到導(dǎo)磁體的磁阻，即當(dāng) δ=0時， L不等于 ∞，而有一定的數(shù)值。變截面積式傳感器的面積 S與 L值則是線性關(guān)系，即 L=f(S)的特性曲線為一條直線。 S ，dLL = f ( s )0L = f( δ)9 電感位移傳感器輸出特性 ?變氣隙式、變面積式和螺線管式三種類型電感傳感器相比較，變氣隙式 靈敏度最高，因而它對電路的放大倍數(shù)要求很低，缺點(diǎn)是非線性嚴(yán)重。為了限制非線性誤差，示值范圍只能很小，導(dǎo)致自由行程小，因此制造裝配比較困難。 變面積式 的優(yōu)點(diǎn)是具有較好的線性，自由行程較大。 螺線管式 主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造裝配容易、自由行程大，但是靈敏度最低。但靈敏度低可以通過放大電路加以解決，因此，目前螺管型電感傳感器用得越來越多。 10 1. 變壓器電橋 ?輸出特性公式為 ?在初始位置時 Z1=Z2=Z ，電橋處于平衡狀態(tài)， U0=0 動鐵芯上移時： δ1↓→L1↑→Z1↑=Z+ΔZ δ2↑→L2↓→Z2↓=ZΔZ 代入式（ 42），得 U iU / 2U / 2Z 1Z 2B AU O圖 44 變壓器電橋 120 12 2ABZ Z UU U UZZ?? ? ? ??0 2ZUUZ??11 ? 相敏檢波電路是常用的判別電路。下面以帶二極管式環(huán)形相敏檢波的交流電橋?yàn)槔榻B該電路的作用。 圖 相敏檢波電路 (ａ )帶相敏檢波的交流電橋； (ｂ )實(shí)用電路 12 ? 如圖 (a)所示， Z Z2為傳感器兩線圈的阻抗， Z3＝ Z4構(gòu)成另兩個橋臂， U為供橋電壓， U為輸出。當(dāng)銜鐵處于中間位置時，Z1＝ Z2＝ Z，電橋平衡， U＝ 0。若銜鐵上移， Z1增大， Z2減小。如供橋電壓為正半周，即 A點(diǎn)電位高于 B點(diǎn)，二極管 D D4導(dǎo)通，D D3截止。在 A— E— C— B支路中， C點(diǎn)電位由于 Z1增大而降低；在 A— F— D— B支路中， D點(diǎn)電位由于 Z2減小而增高。因此 D點(diǎn)電位高于 C點(diǎn)，輸出信號為正 13 ? 如供橋電壓為負(fù)半周， B點(diǎn)電位高于 A 點(diǎn)，二極管 D D3導(dǎo)通，D D4截止。 在 B— C— F— A支路中， C點(diǎn)電位由于 Z2減小而比平衡時降低；在 B— D— E— A支路中， D點(diǎn)電位則因 Z1增大而比平衡時增高 。因此 D點(diǎn)電位仍高于 C點(diǎn)，輸出信號仍為正。同理可以證明，銜鐵下移時輸出信號總為負(fù)。于是，輸出信號的正負(fù)代表了銜鐵位移的方向。 ? 實(shí)際采用的電路如圖 (b)所示。 L L2為傳感器的兩個線圈，C C2為另兩個橋臂。電橋供橋電壓由變壓器 B的次級提供。 RR R R4為四個線繞電阻，用于減小溫度誤差。 C3為濾波電容，Rw1為調(diào)零電位器， Rw2為調(diào)倍率電位器，輸出信號由電壓表 V指示。 14 H2被測導(dǎo)體H1 傳感器激勵電流電渦流傳感器原理圖～I(xiàn)1I2( , , , , )Z F r f x???其中： ρ 金屬電阻率， μ金屬磁導(dǎo)率， r 線圈與被測物體的尺寸因子， f 激磁電流頻率， x 線圈與導(dǎo)體間的距離 基于法拉第電磁感應(yīng)原理，當(dāng)傳感器線圈通以正弦交變電流 I1 時，線圈周圍空間將產(chǎn)生正弦交變磁場 H1， 被測導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生呈渦旋狀的交變感應(yīng)電流 I2 ，稱 電渦流效應(yīng)。 電渦流產(chǎn)生的交變磁場H2與 H1方向相反，它使傳感器線圈等效阻抗發(fā)生變化。 電渦流式傳感器 15 應(yīng)用： x—— 位移 、 厚度 、 振幅； ρ—— 表面溫度 、 電解質(zhì)濃度 、 材質(zhì)判別等； μ， ρ—— 無損探傷等 。 特點(diǎn)：非接觸連續(xù)測量 ， 靈敏度高 、 頻響寬 、 分辨率高 渦流分布在導(dǎo)體表面 電渦流式傳感器 16 —— 電渦流在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用 干凈、高效的電磁爐 17 電渦流探雷器 18 電磁爐內(nèi)部的勵磁線圈 19 電渦流式傳感器 20 電渦流式傳感器 21 低頻透射式電渦流式傳感器： 音頻 (20kHz)激勵電流 低頻透射式渦流傳感器多用于測定材料厚度。 電渦流式傳感器 22 電渦流式傳感器 ? 3. 技術(shù)參數(shù) 型號 測量范圍 mm 分辨率 μ m 重復(fù)性 μ m 線性度 ﹪ 頻響 kHz 溫漂 靜態(tài) 動態(tài) KD1925 177。 0～ 10 ﹪ /℃ KD1950 177。 1 0～ 10 ﹪ /℃ KD1975 5 177。 1 0～
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