最新第5章电感式传感器素材教学讲义PPT课件.ppt

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1、第5章电感式传感器素材5.1变磁阻式传感器（自感式）变磁阻式传感器是利用被测量改变磁路的磁阻，使线圈的电感量发生变化。自感式电感传感器常见的形式：25.1.1工作原理1.磁路及磁路定理磁通的闭合路径称为磁路。图示为交流接触器的磁路，磁通经过铁心和空气隙而闭合。根据安培换路定理有线圈匝数磁势磁路平均长度磁通磁阻磁势是产生磁通的激励磁阻是描述阻碍磁通的物理量该关系也称作磁路欧姆定律，简称磁路定理NI3当衔铁上移Δδ时，传感器气隙减小Δδ，即δ=δ0-Δδ，则此时输出电感为L=L0+ΔL，整理得：设电感传感器初始气隙为δ0，初始电感量为L0，衔铁位移引起的气隙变化量为Δδ

2、。当衔铁处于初始位置时，初始电感量为：7当Δδ/δ0<<1时，可将上式用泰勒级数展开为级数形式：由上式可求得电感增量ΔL和相对增量ΔL/L0的表达式，即：同理，当衔铁随被测体的初始位置向下移动Δδ时，传感器气隙增加Δδ，即δ=δ0+Δδ，则此时输出电感为L=L0-ΔL，则：衔铁无论是上移还是下移，在忽略高次项后，均有9灵敏度为：单位间隙变化引起的电感的变化量，即：如果只考虑二次非线性项，忽略其它高次项，则得非线性误差：变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变间隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。一般取测量范围在Δδ=0.1∽0.2mm较适宜。1

3、05.1.3差动变间隙式传感器结构原理差动变间隙式自感传感器结构原理如图所示：衔铁R1R2L2L1δ1=δ0-Δδδ2=δ0+Δδ当衔铁向上移动时，两个线圈的电感分别变为：总的电感变化为11对上式进行线性处理，即忽略高次项得:灵敏度k0为：总电感的相对变化量为如果只考虑三次非线性项，忽略其它高次项，则得非线性误差：灵敏度提高1倍非线性也很低此外，由于结构上的对称，差动式还可有效地补偿温度变化造成的误差。125.1.4测量转换电路电感式传感器的测量电路形式较多，主要有：交流电桥；变压器式交流电桥；谐振式等。131、交流电桥图所示为交流电桥测量电路，传感器的两线圈作为电桥

4、的两相邻桥臂Z1和Z2，另外两个相邻桥臂为纯电阻R。b）交流电桥等效电路a）交流电桥结构示意图R3R4L2L1δ1δ2Z1Z214根据第3章讲述的知识，电桥输出电压为其中铜线内阻则又所以交流电桥的特点是：1）电桥输出与气隙变化量Δδ有关，并有正比关系；2)桥路输出与电桥电压UAC有关，桥压升高，输出U0增加；3）桥路输出与初始气隙δ0有关，初始间隙越小，输出越大。初始电感152.变压器式交流电桥图所示电路为变压器式交流电桥测量电路，电桥两臂分别为传感器两线圈的阻抗，另外两桥臂分别为电源变压器的两次级线圈，其匝数比为1/2。变压器式交流电桥Z2Z1IABCD~当负载阻抗

5、为无穷大时，桥路输出电压为：当传感器的衔铁处于中间位置，即Z1=Z2=Z时16当传感器衔铁上移时，如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z-ΔZ时，当传感器衔铁下移时，如Z1=Z-ΔZ，Z2=Z+ΔZ，此时由以上分析可知，这两种交流电桥输出的空载电压相同，且当衔铁上下移动相同距离时，电桥输出电压大小相等而相位相反。由于　是交流电压，输出指示无法判断位移方向，必须配合相敏检波电路来解决。17谐振式测量电路分类：谐振式调幅电路和谐振式调频电路。3.谐振式（调幅、调频）谐振式调幅电路LCT~传感器电感调幅电路组成传感器电感L与电容C、变压器初级绕组串联在一起，组成串联谐振回路，接入交流电

6、源。调幅原理变压器副边输出电压的频率与电源频率相同,而幅度随原边线圈中L的变化而变化。图中L0为谐振点的电感值，可见此时电路的输出幅度最大。该电路灵敏度很高，线性差，适用于线性要求不高的场合。18调频电路组成传感器电感L与电容C并联组成振荡回路。谐振式调频电路L传感器电感振荡回路Cf调频原理LC振荡回路的振荡频率为当L变化时，振荡频率随之变化，根据f的大小即可测出被测量的值。f与L的关系曲线如右图，它具有明显的非线性关系。电路输出频率变化与传感器的电感值变化有如下关系:谐振式调频电路输出特性有严重的非线性，这种传感器限制在动态范围在较小的情况下使用。因此调频电路只有在

7、谐振频率较大情况下才能达到较高精度。5.1.5变磁阻式传感器的应用当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移，于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表A的指示值就反映了被测压力的大小。20当被测压力进入C形弹簧管时，C形弹簧管产生变形，其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化。即一个电感量增大，另一个电感量减小。电感的这种变化通过电桥电路转换成电压输出。由于输出电压与被测压力之间成比例关系，所以只要用检测仪表测量出输出电