如何实现电感式传感器测力？

电感式传感器的基本原理是电磁感应原理，即利用电磁感应将被测量（如压力、位移等）转换为电感量的变化输出，再经测量转换电路，将电感量的变化转换成电压或电流输出，从而实现非电量检测。

【学习目标】

1.了解电感式传感器的常用类型；

2.熟悉可变磁阻式、电涡流式及差动变压器的工作原理；

3.掌握电感式传感器的几种常用测量电路，掌握电感式传感器的应用。

【知识链接】

电感式传感器根据信号的转换原理，可以分为自感式（包括可变磁阻式和电涡流式）和互感式（差动式）两大类。

可变磁阻式电感传感器由线圈、铁芯和衔铁组成，在铁芯与衔铁之间有空气隙。改变线圈匝数、空气隙导磁截面积和空气隙长短可以改变传感器的自感量值。

图4.1.12　可变磁阻式传感器

电涡流式传感器是利用金属导体在交变磁场中的涡电流效应工作传感器。电涡流传感器的结构主要由产生交变磁场、绕制在框架上的绕组（激励线圈）和置于线圈附近处于交变磁场中的金属导体两部分组成。当激励线圈中有交变电流存在时，线圈周围空间必然产生交变磁场，若此时将金属导体靠近线圈，就会在金属导体中感应电涡流，电涡流的存在又产生新的交变磁场，该磁场与激励线圈产生的磁场方向相反，从而消耗一部分磁场能量，导致激励线圈阻抗发生变化。根据线圈阻抗的变化，完成表面为金属导体物体的多种物理量（如位移、振动、厚度、应力、硬度等）的测量。

涡流的大小与金属导体的电阻率磁导率厚度、绕组与金属导体的距离励磁绕组中电流的角频率等参数有关。如果固定其中某些参数，就能由电涡流的大小测量出另一些参数。

图4.1.13　电涡流式传感器

【拓展知识】

电涡流式传感器应用

1.涡流探伤仪

涡流探伤仪是一种无损检测装置，用于探测金属材料表面的裂纹、热处理裂纹以及焊缝裂纹。使用时，电涡流式传感器与被测体的距离保持不变，遇有裂纹时金属的电导率、磁导率发生变化，裂纹处也有位移量的改变，从而使传感器的输出电压发生变化。

2.位移计

电涡流式传感器测量位移的范畴为0～5mm左右，分辨力可达测量范围的0.1％，因而可测量汽轮机主轴的轴向位移及金属试样的热膨胀系数等。另外可以进行厚度测量，如图4.1.14所示，传感器与定位面的距离固定，当金属板或镀层厚度变化时，传感器与金属板间距改变，从而引起传感器的输出变化。

图4.1.14　电涡流测厚

3.转速计(www.xing528.com)

如图4.1.15所示，把旋转体做成齿形，或在旋转体上开一条或数条槽，传感器置于旋转体一侧。当旋转转动时，电涡流式传感器将输出周期性的电压信号，经放大、整形后用频率计测出信号变化频率，从而可知旋转体的转速。这种转速传感器可实现非接触测量，抗干扰、污染能力强，可安装在旋转体旁长期对被测旋转体进行监视，测量转速可达60万r/min。

图4.1.15　电涡流式传感器测转速

差动式传感器主要由衔铁、一次绕组和二次绕组等组成，其工作原理类似变压器工作原理，又称为差动变压器。

差动变压器一次、二次绕组间的互感量能随衔铁的移动而变化。当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组与一次绕组间的互感相同，由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。当衔铁移动时，两个二次绕组感应电动势不同，差动输出电动势不为零。在传感器的量程内，衔铁移动量越大，差动输出电动势就越大。

图4.1.16　差动式传感器结构与等效电路图

如图4.1.17所示为差动式传感器，用于压力检测。传感器的敏感元件为波纹膜盒，它由膜盒、铁芯、差动线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连接在一起。当被测压力P1输入膜盒时，膜盒顶端在压力P1的作用下产生与压力P1大小成正比的位移，带动衔铁也发生移动，从而使差动变压器有正比于被测压力的电压输出。该传感器的信号输出处理电路与传感器组合在一个壳体内，输出信号可以是电压，也可以是电流。由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输，所以在使用中多采用电流输出型。

图4.1.17　差动式压力传感器示意图

实训任务2　差动变压器性能实验

一、实训目的

了解差动变压器原理及工作特性。

二、实训器材

差动变压器实验模板、测微头、双线示波器、差动变压器、音频信号源（音频振荡器）、直流电源、万用表。

三、实训内容

1.根据图4.1.18，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。

图4.1.18　差动变压器安装示意图

2.将传感器引线插头插入实验模板的插座中，在模块上按图4.1.19接线，1（红线）、2（黑线）接示波器第一通道，3（蓝线）、4（绿线）接示波器第二通道。音频振荡器信号必须从主控台中Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4—5KHz（可用主控台的频率表Fin来监测）。调节输出幅度为峰-峰值Vp-p=4V（可用示波器监测）。

图4.1.19　双线示波器与差动变压器连线示意图

3.旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰-峰值Vp-p为最小，这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，另一个方向位称为负，从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.5mm从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表，再由Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。

4.实验过程中注意差动变压器输出的最小值，即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表中数据画出Vop-p-X曲线，做出量程为±1mm、±3mm灵敏度和非线性误差。