小位移传感器

电涡流式位移传感器
R
*l
l dR * dl 2 * dA * d A A A R l A R l A

A
*l
• 根据材料力学的相关知识：
R (1 2 E ) * • R • k0 *
k （其中 是纵向应变， 0 是灵敏度系数。）
电阻应变式位移传感器
电阻应变式位移传感器
• 以弹簧和悬臂梁串联作为弹 性元件，在矩形界面悬梁根 部正反两面贴四片应变片， 并组成全桥电路，拉伸弹簧 一端与测量杆连接，当测量 杆随试件发生位移时，带动 弹簧使悬臂梁根部产生弯曲， 弯曲所产生的应变与测量杆 的位移成线性关系。
• 工作原理：金属的电阻应变效应 • 电阻应变效应：当金属丝在外力作用下发生机械 变形时其电阻值将发生变化，阻值表达式为：
小位移传感器
福州大学
• 位移是和物体的位置在运动过程中 的移动有关的量，位移的测量方式 所涉及的范围是相当广泛的。位移
传感器又称为线性传感器，是一种属 于金属感应的线性器件，传感器的作 用是把各种被测物理量转换为电量。
传感器的分类
• 传感器材质：
• • • • • • 金属玻璃铀式位移传感器 绕线位移传感器 金属膜 导电塑料 光电式 磁敏式
• 优点： • 尺寸准确，线条均匀，适应不同的测量要求 • 与被测试件接触面积大，散热条件好，允许 大电流，灵敏度高 • 横向效应可以忽略 • 蠕变、机械滞后小，疲劳寿命长 • 缺点： • 电阻值分散性大 • 难控制电阻与温度和时间的变化关系
电感式位移传感器
• 原理：电感式位移传感器是利用电磁感应 把被测的物理量（位移）转换成线圈的自 感系数和互感系数的变化，再由电路转换 为电压或电流的变化量输出，实现非电量 到电量的转换。 • 按工作原理分类： • 自感-----------变磁阻式位移传感器 • 互感-----------变压器式位移传感器 • 电涡流--------电涡流式位移传感器
霍尔式位移传感器
• 原理：霍尔效应 • 霍尔效应：金属或半导 体薄片置于磁场中，当 有电流流过时，在垂直 于电流和磁场的方向上 将产生电动势。 • 利用半导体的霍尔效应 的进行磁-电转换的传感 器就称为霍尔式传感器。
• • • • • •
测量原理是：如图所示，有 一个沿z轴方向的磁场，磁感 应强度B=B0+kz（B0，k均 为常数），将传感器固定在 物体上，保持通过霍尔元件 的电流I不变（方向如图中箭头所示）．当物体沿z 轴方向移动时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方 向上的上、下表面的电势差U也不同
电容式位移传感器
• 电容式传感器的基本 原理是将被测量的变 化转换成传感元件电 容量的变化，再经过 测量电路将电容量的 变化转换成电信号输 出。 • 电容式位移传感器实 质上是一个可变参数 的电容器。
• 电容量的表达式为： • 从表达式可以看出 、A、d三个参数都直 接影响着电容量的大小。 • 电容式常可以分为三种类型：改变极板面 积的变面积式、改变极板距离的变间隙式、 改变介电常数的变介电常数式。 • 优点： • 温度稳定性好；阻抗高、功率小；动态响 应好；结构简单、适应性强 • 缺点： • 输出阻抗高，带负载能力差；输出特性为 非线性；寄生电容影响大
螺线管式差动变压器
• 螺线管式差动变压器上下铁芯中均有初级 线圈和次级线圈。上下的初级线圈串联后 接交流激励电压，次级线圈则按电势反相 串接。 • 螺线管式差动变压器根据初、次级排列不 同有二节式、三节式、四节式、五节式等 形式。
• 三节式的零点电位较小
螺线管式差动变压器
• 二次线圈开路时：
• 有效值为：
电涡流式位移传感器
• 电涡流式位移传感器结构比较简单，主要 由安置在探头壳体的扁平圆形线圈构成。
• • • • • • •
电涡流位移传感器系 统中的前置器中高频 振荡电流通过延伸电 缆流入探头线圈，在 探头头部的线圈中产 生交变的磁场。当被 测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应 电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部 线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部 线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效 阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈 的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到 金属导体表面的距离等参数有关
变磁阻式位移传感器
磁阻： 由于气隙磁阻远大于 铁芯的磁阻：
动铁芯在初始位置时
当动铁芯移动
时：
差动变压器式位移传感器 • 变压器式位移传感器是用途最广的一种传 感器。它是根据变压器的基本原理制成的， 次级绕组用差动的形式连接。 • 差动变压器结构形式：变隙式、变面积式 和螺线管式等。 • 在非电量的测量中，应用最多的是螺线管 式差动变压器。
电涡流式位移传感器
• 电涡流传感器能静态和动态地非接触、高 线性度、高分辨力地测量被测金属导体距 探头表面距离。它是一种非接触的线性化 计量工具。电涡流传感器能准确测量被测 体（必须是金属导体）与探头端面之间静 态和动态的相对位移变化。电涡流传感器 以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵 敏度高、分辨率高等优点，在大型旋转机 械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛 应用 。
• 优点： • 结构牢固、工艺成熟、体积小、寿命长、线性度好、频 率高、耐振动、不怕灰尘、油污等的污染及腐蚀 • 缺点： • 霍尔元件的霍尔常数等随温度而变化，产生温度误差。
• 位移传感器的应用
• 位移传感器不仅可以测量位移，还可以测量与位 移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、 张力等。
• 上图差动变压器式位移传感器的输出经过二级微 分电路，即可得到运动过程中的加速度。
位移传感器的应用
位移传感器的应用
• 电涡流式接近开关 • 接近开关又称为无触点行程开关。它能在 一定的距离（几毫米至几十毫米）内检测 有无物体靠近。 • 当物体接近到设定距离时，就可发出“动 作”信号。接近开关的核心部分是“感辨 头”（电涡流式位移传感器），它对正在 接近的物体有很高的感辨能力。 • 这种开关只能检测金属。
• 运动方式：
• 线位移传感器：测量线位移，即测量一条线上的长度 • 角度位移传感器：测量角位移，即测量转动的角度
传感器的分类
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ• 按原理分类：
• • • • • 电阻应变式位移传感器 电感式位移传感器 电容式位移传感器 霍尔式位移传感器 等等
• 以上列出的几类位移传感器是常用于检测 工件尺寸、形位误差的小位移的位移传感 器。
电感式位移传感器
• 优点： • 无活 动 触 点 、 可 靠 度 高 、寿 命 长 ； 分 辨 率 高 、 灵 敏 度 好 ；线 性 度 高 、 重 复 性 好；测 量 范 围 宽 ；在油，水， 灰尘，颗粒中的耐用性高 • 缺点： • 测 量 范 围大 时 分 辨 率 低 ；输 入 时 有 零 位 输 出 电 压 ， 引 起 测 量 误 差 ；激 励 电 源 的 频 率和 幅 值 稳 定 性 要 求 较 高 ，不 适 用 于 高 频 动 态 测 量