电感式传感器的应用

3.4　电感式传感器的应用

电感式传感器主要用于测量位移与尺寸，也可测量能转换成位移变化的其他参数，如力、张力、压力、压差、振动、应变、转矩、流量、密度等。本节择要介绍它们的应用。

3.4.1　位移与尺寸测量

电感式传感器常用来测量零点几至几百毫米的位移；线性度通常为0.5%F.S，高精度的可达到0.05%F.S；分辨力可高达0.1～0.01μm，采用摆动支承结构的电感式表面轮廓传感器分辨力可达1nm。

图3-31　电感测厚仪原理图

图3-31是利用电感式传感器构成的测厚仪原理图。被测带材2在上、下测量滚轮1与3之间通过。开始工作前，先调节测微螺杆4至给定厚度值（由度盘5读出）。当钢带厚度偏离给定厚度时，上测量滚轮3将带动测微螺杆上下移动，通过杠杆7将位移传递给衔铁6，使L₁、L₂变化。这样，厚度的偏差值由指示仪表显示。被测带材的厚度是度盘5的读数（给定值）与指示仪表示值（偏差）之和。

3.4.2　压力测量

电感式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，用来测量压力或压差。

图3-32（a）为微压力变送器的结构示意图。在无压力作用时，膜盒处于初始状态，固连于膜盒中心的衔铁位于差动变压器线圈的中部，输出电压为零。当被测压力经接头输入膜盒后，推动衔铁移动从而使差动变压器输出正比于被测压力的电压。图（b）为测量电路原理图。由于输出信号较大，一般无需放大。

图3-32　微压力传感器

（a）结构示意图；（b）电路原理图

1—接头；2—膜盒；3—底座；4—线路板；5—差动变压器；6—衔铁；7—罩壳；8—插座；9—通孔

这种微压力传感器，可测（-4～＋6）×10⁴Pa压力，输出电压为0～50mV。

图3-33　测力传感器

3.4.3　力和力矩测量

电感式传感器与弹性元件相结合还可用来测量力和力矩。

图3-33为差动变压器式力传感器。当力作用于传感器时，具有缸体状空心截面的弹性元件3变形，衔铁2相对线圈1移动，产生正比于力的输出电压。这种传感器的优点是承受轴向力时，应力分布均匀；当长径比较小时，受横向偏心分力的影响也较小。

如果将弹性元件设计成敏感圆周方向变形的结构，并配以相应的电感式传感器，就能构成力矩传感器。这种传感器已成功地应用于船模运动的测试分析中。

3.4.4　振动测量

图3-34　加速度传感器

1—差动变压器线圈；2—衔铁；3—簧片；4—壳体

电感式传感器与机械二阶系统相结合，还可用来测量振动。由二阶系统分析可知，当弹簧刚度很小，质量很大时，可用来测量振动幅度；当弹簧刚度很大、质量很小时，可用来测量振动加速度。这种传感器的频响范围一般为0～150Hz。

图3-34是加速度传感器示意图。这种传感器除需合理选择二阶系统参数外，还应使激励频率不低于振动频率的8～10倍，以免造成失真（这一要求同样适合于其他动态参数的测量）。

如果用接触方式测量相对振动（动态位移），除上述要求外，还应注意接触点处的弹性变形带来的影响。

上述传感器与磁电式传感器（第五章）相结合，还能构成测量振动的“位移-速度”传感器或“速度-加速度”传感器。

除上述应用外，电感式传感器与其他结构相结合，还可测量液位、流量等参数，此处不再赘述。