传感器技术-第三章-电感式传感器.ppt

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1、第三章变磁阻式传感器变磁阻式传感器是利用磁路的磁阻变化引起传感器线圈电感量的变化来测量非电量的机电转换装置。常用来检测位移、振动、力、应变、流量、密度等物理量。大多数变磁阻式传感器存在交流零位信号，且不适宜高频动态测量。3.1传感器线圈的电气参数分析3.2自感式传感器3.3互感式传感器(差动变压器)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，如下图所示。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

2、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。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工作原理演示气隙变小，电感变大，电流变小F3.1传感器线圈的电气参数分析1、线圈电感LΨ——线圈总磁链,单位：韦伯；I——通过线圈的电流，单位：安培；W——线圈的匝数；Rm——磁路总磁阻，单位：1/亨。2、铜损电阻Rc铜损引起的耗散因数与激励频率成正比。3、涡流损耗电阻Re高电阻率有利于涡流损耗的下降，而高磁导率却导致涡流损耗的增加。4、磁滞损耗电阻Rh磁滞损耗电阻与激励频率无关。在小激励电流和弱磁

3、场状态，与铜损和涡流损耗相比可忽略。5、总耗散因数D和品质因数Q6、并联寄生电容的影响并联寄生电容由线圈绕组的固有电容和电缆的分布电容组成。它的存在使灵敏度提高。因此，按规定电缆校正好的仪器，如更换电缆就应重新校正或并联电容加以调整。当激励频率较低时(f<10kHz)可忽略其影响.3.2自感式传感器a)气隙型b)截面型c)螺管型自感式传感器原理图式中，l1，l2——铁心和衔铁的磁路长度ｍ；S1，S2——铁心和衔铁的截面积ｍ2；μ1，μ2——铁心和衔铁的磁导率ｍ2；S0，δ——气隙磁通截面积ｍ2和气隙总长ｍ。等效磁导率:将

4、上述线圈等效成一封闭铁心线圈，其磁路等效磁导率为μe，磁通截面积为S，磁路长度为l，则磁阻：式中μ0——真空磁导率，μ0＝4π×10-7(H/m)互感式传感器(差动变压器)是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器。结构形式变隙式、变面积式、螺线管式（几纳米～1米的机械位移、精度高、灵敏度高、性能可靠）3.3互感式传感器(差动变压器)互感式传感器(差动变压器)原理类似于变压器，因此应用变压器原理对其电气参数进行分析。不同之处：变压器：闭磁路，初、次级间的互感为常数；差动变压器：开磁路，初、次级间的互感随衔铁移动而变。次

5、级绕组采用差动形式连接。3.3.1工作原理与类型1、等效电路及输出特性：（忽略铁损、导磁体磁阻、线圈分布电容等）M!、M2分别为两个次级绕组A和B的互感，衔铁在初始平衡位置：衔铁移向上端：衔铁移向下端：被测体位移衔铁移动根据等效电路，当次级开路时初级电流：次级绕组中的感应电势为：输出电压为：输出电压幅值为：(3-54)(3-55)(3)衔铁向下端移：若则：输出与输入反相输出与输入同相当有示波器时，可通过观察输出与输入之间的相位关系判断衔铁的移动方向。当用交流电表时就无法判断衔铁的移动方向了。当激励频率过低时，ωL1<<

6、R1,得:当ω增加使ωL1>>R1,得:这时灵敏度随频率ω增加而增加，当激励频率增加超过某数值，由于趋肤效应和鉄损等影响，灵敏度将下降。这时灵敏度与频率ω无关，为一常数。由上式(3-54)可知，2、灵敏度与激励频率间的关系三种类型传感器的适用范围：差动变压器的灵敏度一般可达0.5~5V/mm，行程越小，灵敏度越高。为了提高灵敏度，励磁电压在10V左右为宜。电源频率以400Hz~10kHz为好。变气隙式一般用于测量几微米到几百微米的位移;变面积式一般可测量零点几角秒以下的微小角位移,线性范围可达±10°;螺管式可测量几纳米

7、到一米的位移,但灵敏度稍低。3、变隙式差动变压器(1).工作原理两个初级绕组同名端顺向串联，两个次级绕组同名端反向串联。衔铁在初始平衡位置：被测体位移衔铁位移：的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。(2).输出特性在忽略铁损（涡流与磁滞损耗）和漏感且变压器次级开路（负载阻抗足够大）条件下，得等效电路：由电磁感应定律和磁路欧姆定律，当R1<<L1，时，如不考虑铁芯与衔铁中的磁阻影响，对等效电路分析可得：图中R,L分别是四个绕组的直流电阻与电感。W1、W2分别为初级绕组和次级绕组的匝数衔铁在初始平衡位置：被测体位移衔

8、铁位移：衔铁上移(向1):衔铁下移(向2):(3-64)(3-65)变隙式差动变压器灵敏度：分析：稳定传感器具有稳定的输出特性；UiK(当变压器铁芯不饱和，及在允许温升条件下)W2/W1(受限于变压器体积及零点残余电压)K,0(0.5mm)K（忽略边缘磁通）铁损及线圈中分布电容影响：降低传感器灵