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传感器原理与应用–传感器基本特性与应变式传感器

自感式电感传感器

将线圈通入电流产生磁场，而间隙的大小将影响磁场的大小，从而进行检测

• 变气隙式电感传感器，气隙截面积保持不变，改变气隙厚度
  进行近似处理（舍弃高次项）后（但是要求变化非常微小），电感变换量等于气隙的变化量，但是要求

  电感灵敏度$$K_0=\frac{1}{{\sigma }_0}$$
  灵敏度与初始气隙间隙的倒数有关，所以要求初始间隙更小，使灵敏度更大

  • 差动式变气隙式电感传感器
    
    灵敏度翻倍，非线性误差减小

• 变面积式电感传感器，气隙厚度保持不变，改变气隙截面积
  
  应用

1. 测量压强
   
   从P充入水货气体可以测量对应的压强

差动形式测量力的大小，从p给一个力，C型弹簧管将伸直，带动对应的悬铁向上跑从而根据移动的距离测出对应力的大小

差动变压器式传感器

（互感式）

左右X字方形是线圈，线圈中间有一空隙，将其中放入悬铁

• 三段式
  通过悬铁的上下移动增加所在线圈的互感系数，感应电压增大，通过测量最上面和最下面的次级线圈之间的电压差来判断悬铁的位置
  
  应用
  
  通过加速度大于零时，悬铁向上移动从而测出力的大小
  

电涡流式传感器

电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量

电涡流式传感器可以分为：高频反射式和低频投射式两类
$$Z=F(\rho ,\mu ,r,f,x)$$

• 其中r是线圈的半径是固定的
• $f$ 是交流电的频率是固定的
• $\rho ,\mu$也给固定了
  所以根据 $x$ 的变化就能进行检测距离的变化

基本性质：

• 贯穿深度：是在表面进行点涡流，还是在物体内部进行电涡流
  $$h=\sqrt{\frac{\rho }{\pi {\mu }_0{\mu }_{1}f}}$$
  想让贯穿深度加深，就要减小频率 $f$

• 径向形成范围

  • 电流涡流径向形成范围大约在传感器线圈外半径的1.8 ~ 2.5 倍范围内，求分布不均匀
  • $r=0$处的感应电流为0， 与感应线圈相同半径处的感应电流最大

• 电涡流强度

  • 与距离 $x$ 呈非线性关系，随着 $x/r$ 的增大而减小
  • 用电涡流式传感器测量位移时，只有当 $x/r<<1$时（一般取0.05 ~ 0.15）时才能得到较好的线性和较高的灵敏度

应用

1. 测量厚度
   
   低频的贯穿深度更深
   接受线圈根据接收到的磁感线的多少，来测金属板的厚度，金属板越厚遮挡的越多，从而得知金属板的厚度

上下两个探头 $S_1,S_2$分别测与上表面的距离以及与下表面的距离，然后在用总的厚度相减就可得到对应厚度

2. 测量位移
   
   将被测量题横向加一个金属板，然后根据金属板上产生的间距 $x$的变化, 而产生的感应电流的变化从而测出对应的位移

3. 测量转速
   
   由于具有凸凹的表面，因此金属距离传感器的距离也就会发生改变，从而会产生对应的波形图根据波形图进行计算出转速

4. 电涡流探伤
   如果金属材料表面有裂纹，砂眼，气泡，以及焊接部分的探伤等，会导致测量电路的输出电压发生改变，因此可以达到探伤的目的

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未完待续