《电感式传感器WL》PPT课件

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1、第3章电感式传感器把被测量的变化转换为线圈自感或互感的变化。可以测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等物理量。核心部分是可变自感或可变互感，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象，把被测量转换成线圈自感或互感的变化。主要特征是具有线圈绕组。自感原理：自感式传感器互感原理：变压器式传感器、感应同步器涡流效应：涡流式传感器压磁效应：压磁式传感器3.1.1工作原理电感与线圈匝数W的平方成正比；与空气隙有效截面积S0成正比；与空气隙长度l0所反比。3.1自感式传感器衔铁固定铁心线圈图3-2截面型自感传感器图3-3差动自感传感器3.1.2灵敏

2、度与线性度截面型自感传感器是线性的；气隙型自感传感器是非线性的。线性度从提高灵敏度的角度看，初始空气隙l0应尽量小→测量范围变小，灵敏度的非线性也将增加。如采用增大气隙等效截面积和增加线圈匝数的方法来提高灵敏度，则传感器的几何尺寸和重量必将增大。以上矛盾在设计传感器时应适当考虑。变气隙型自感传感器的灵敏度差动式气隙型自感传感器的灵敏度与单极式相比，灵敏度提高了一倍，非线性大大减小。3.1.3等效电路从电路角度看，自感式传感器并非纯电感。有功电阻Rq：线圈的铜损耗＋铁芯的涡流及磁滞损耗。无功阻抗：电感＋绕组间的分布电容C。电感线圈等效电路3.1.4

3、转换电路自感式传感器把被测量的变化转变为电感量的变化。为了测出电感量的变化，同时也为了送入下级电路进行放大和处理，需要用转换电路把电感变化转换成电压/电流的变化（幅值、频率、相位的变化）。转换电路调幅电路调频电路调相电路一、调幅电路1、交流电桥空载时，交流电桥的开路输出电压为：接入负载时，交流电桥的输出电压为：电阻平衡臂电桥忽略直流电阻的变化，并且电感线圈的品质因数设计的很大时：变压器电桥以上两种情况的空载输出完全一样。但后者使用元件少，输出阻抗小，广泛使用。2、谐振式调幅电路0图3-8调频电路二、调频电路传感器电感L的变化将引起输出电压频率f的

4、变化。把传感器电感L和一个固定电容C接入一个振荡回路。当L变化时，振荡频率随之变化，根据的f大小即可测出被测量值。线性度较差，只有f较大时才能达到较高精度。三、调相电路传感器电感L的变化将引起输出电压相位φ的变化。调相电桥电路，一臂为传感器L，一臂为固定电阻R。设计时使电感线圈具有高品质因数，忽略其损耗电阻，则电感线圈上压降UL与固定电阻上压降UR互相垂直，当电感L变化时，输出电压U0的幅值不变，相位角φ随之变化。U0U0Δφ3.1.5零点残余电压在电桥预平衡时，无法真正实现平衡，最后总要存在着某个输出值ΔU0图3-10U0-l特性3.1.6自感

5、式传感器的特点以及应用①灵敏度比较好，输出信号比较大,信噪比较好；②测量范围比较小，适用于测量较小位移；③存在非线性；④消耗功率较大，尤其是单极式电感传感器（电磁吸力）；⑤工艺要求不高，加工容易。图3-11测气体压力的电感传感器图3-12压差传感器P23.2.1工作原理将被测量转换为线圈间互感系数的变化。多采用差动形式。3.2变压器式传感器A、B为山字形固定铁心两个线圈，W1a及W1b为一次绕组，W2a及W2b为二次绕组C为衔铁。气隙型差分变压器式传感器截面积型差动变压器式传感器3.2.2差动变压器式传感器等效电路各r为线圈的直流电阻幅频、相频特

6、性曲线灵敏度为：3.2.3差分变压器式传感器的测量电路差分变压器随衔铁的位移输出一个调幅波，直接用电压表测量时存在下述问题：①总有零点残余电压输出→零位附近的小位移测量困难。②交流电压表无法判别衔铁移动方向。常采用差动相敏检波电路、差动整流电路来解决。差动相敏检波电路差动整流电路3.2.4零点残余电压的补偿差动变压器也存在零点残余电压问题。零点残余电压的存在使得传感器的特性曲线不通过原点，并使实际特性不同于理想特性。采用对称度很高的磁路线圈来减小零点残余电压在设计和工艺上是有困难的，可在电路上采取补偿措施，这是最简单有效的方法。零点残余电压补偿电

7、路差动变压器式位移传感器3.2.5变压器式传感器的应用举例1测头；2轴套；3测杆；4衔铁；5线圈架；6弹簧；8屏蔽筒；9圆片弹簧；10防尘罩差动变压器式测力装置弹性元件是簿壁圆筒，在外力F作用下，变形使差动变压器的铁心产生微位移，变压器次级产生相应电信号。为了减小横向力或偏心力的影响，传感器的高径比应较小。图3-25微压传感器2膜盒；5差分变压器；6衔铁图3-26加速度传感器案例：板厚测量~案例：张力测量3.3.1工作原理图3-27涡流式传感器原理图3.3涡流式传感器LZQ当金属板置于变化磁场中或在磁场中运动时，金属板中产生感应电流，这种电流在金

8、属板体内是闭合的，称为涡流(EddyCurrent)。若x一定，变化或可实现材质鉴别或无损探伤。集肤效应（趋肤效应）涡流在金属导体的