第4章+电感传感器

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1、第四章电感式传感器第一节自感式电感传感器电感式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成线圈电感量（自感或互感）的变化，再经过转换电路变成电信号输出。先看一个实验：将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的36V交流电压源上，如图4-1所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。1.变间隙型：2.变面积型3.螺线管型4.差动型电感传感器的基本工作原理演示F220V准备工作电感传感器的基本

2、工作原理演示气隙变小，电感变大，电流变小F一、自感式电感传感器的工作原理（一）变间隙型电感传感器磁路总磁阻：故：考虑铁磁材料的磁阻相对很小，则：特点：灵敏、线性差、装配难可见：传感器的灵敏度随气隙的增大而减小。为了改善非线性，气隙的相对变化量要很小，但过小又将影响测量范围。---因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合（二）变面积型电感传感器仍有：两种传感器的特性曲线特点：灵敏稍差、线性较好、量程大。电感传感器的输出特性a）变隙式电感传感器的-L特性曲线b）变面积式电感传感器的A-L特性曲线1－实际输出特性2－理想输出特性（三）螺管型

3、电感式传感器线圈衔铁总长线圈半径插入长度衔铁半径特点：灵敏稍差、线性好、量程大、易批量生产，应用广泛。有效磁导率（四）差动式电感传感器结构要求：两个线圈几何尺寸完全相同铁心安装完全对称。特点：提高灵敏度、改善线性度、可以补偿温度变化、电源频率变化的影响。+ΔL-ΔL螺线管型变间隙型变面积型+ΔL-ΔL+ΔL-ΔL二、自感式电感传感器的测量电路-------交流电桥（一）电阻平衡臂电桥考虑：输出对称电桥，单臂测量时：双臂差动测量时：+ΔL-ΔL可见：输出电压与电感的相对变化量呈近似正比关系。（二）变压器式电桥+ΔZ-ΔZ当衔铁上移，使Z1=Z+

4、ΔZ，Z2=Z-ΔZ时，反之：由于是交流电，所以要经过适当电路才能判断衔铁位移的大小和方向*一种带有相敏整流的交流电桥电压表读数大小反映衔铁的位移；电压表极性反映移动方向。+ΔL-ΔL交流电源电源指示衔铁在中间位置时,无论正负半周，C、D两点等电位，电桥平衡，输出UCD=0V。当衔铁上移，D点将比C点电位高，认为电压表正偏。+-Z1Z2电源正半周电路分析当衔铁上移+ΔL-ΔL降低升高当衔铁上移，负半周D也比C点电位高，电压表仍正偏。：+ΔL-ΔL+-Z1Z2电源负半周电路分析当衔铁上移结论：无论正负半周，只要衔铁上移，电压表头就正转。位移越多

5、，指针偏转越大。同理：无论正负半周，只要衔铁下移，电压表头就反转。位移越多，指针偏转越大。（三）紧耦合电感臂电桥该电路理论分析略。可以消除与电感臂并联的分布电容对输出信号的影响第二节差动变压器一、工作原理当铁心位于正中，当铁心左移，E2增大原边副边1副边2***++--注意同名端当铁心右移，E2减小因两个副边反向串联一次绕组原边二次绕组-副边1二次绕组-副边2铁心E2的计算：差动变压器的输出特性曲线：差动变压器运行中存在的问题：零点残余电动势主要是由传感器的两个二次绕组的电气参数和几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等引起的。减小零点残余电动

6、势的方法：1.从制造工艺上减小残余电动势。2.选择利于消除残余电动势的测量电路，如相敏整流电路3.采用补偿电路,调整元件参数,消除残余电动势。减小残余电动势的补偿电路二、差动变压器的测量电路（一）差动相敏检波电路交流电源同相或反相（设同相）输出当铁心位于正中时，电路对称，输出交流，平均为0。电压输出：一般来说：电源正半周电路分析当衔铁下移+--+++--电压输出：平均为负。结论：衔铁下移，平均输出为负；衔铁上移，平均输出为正！电源负半周电路分析当衔铁下移+-++--（二）差动整流电路e-△e电路２e+△e２△e～～～～+--++-e-△ee+

7、△e简单电路１+-２△e++--差动放大差动　　　放大衔铁下移，输出为正；衔铁上移，输出为负！三、电感式传感器的应用（一）位移测量电感测微仪-ΔL＋ΔLＵ０～直流电压交流电源轴向式电感测微器的外形航空插头红宝石测头电感测微仪的轴向测试头引线线圈衔铁弹簧导杆测端其他电感测微头模拟式及数字式电感测微仪（二）力和压力测量衔铁线圈线圈罩壳插座膜盒接头弹性体差动变压器式力传感器和微压力传感器差动变压器差动变压器压力测量用的膜盒膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两侧面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，

8、因此能够将压力变换为直线位移。（三）振动和加速度测量（四）液位测量衔铁差动变压器弹簧壳体差动变压器液位变化，引起沉筒所受浮力的变化，进而引起衔铁的位移弹簧受力变形，