电感式传感器及应用.ppt

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1、第4章电感式传感器及应用2015/10/121主讲人：李静2根据法拉第电磁定律，当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，就会产生感应电动势，这种现象称为电磁感应。利用这种现象可以构成各种各样的传感器。电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置.引言电感式传感器3原理定义利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的装置。感测量位移、振动、压力、应变、流量、比重等。分类根据转换原理：自感式（変磁阻式）、互感式（差动变压器式）、电涡流式。根据结构形式：气隙型、面积型和螺管型。电磁感应被测非电量自感系数L互感系数M测量电路U、I、f4优点①结构简单、可靠②分辨率高机械位移

2、0.1μm，甚至更小；角位移0.1角秒。输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm。③重复性好，线性度优良在几十μm到数百mm的位移范围内，输出特性的线性度较好，且比较稳定。④能实现远距离传输、记录、显示和控制不足存在交流零位信号，不宜高频动态测量。主要章节内容4.1自感式传感器4.2差动变压器式传感器4.3电涡流传感器54.1自感式传感器自感式传感器是利用自感量随气隙变化而改变的原理制成的，主要用来测量位移。自感式传感器主要有闭磁路变隙式和开磁路螺线管式，它们又都可以分为单线圈式与差动式两种结构形式。6内容4.1.1结构和工作原理4.1.2自感式传感器的测量电路4.1.

3、3自感式传感器应用举例7自感式传感器的基本工作原理演示8F衔铁移动磁路中气隙磁阻变化线圈的电感值变化4.1.1基本工作原理9δ线圈铁芯衔铁Δδ由于可得：磁路的总磁阻可表示为：近似计算出线圈的电感量为：10结论电感式传感器从原理上可分为变气隙长度式和变气隙截面式两种类型，前者常用于测量直线位移，后者常用于测量角位移。如果在线圈中放入圆柱形衔铁，当衔铁上下移动时，自感量将相应变化，就构成了螺线管型自感传感器。4.1.1常见结构形式111—线圈2—铁芯3—衔铁4—测杆5—导轨6—工件7—转轴由电感式可知，变气隙长度式传感器的线性度差、示值范围窄、自由行程小，但在小位移下灵敏度

4、很高，常用于小位移的测量。1．变气隙式（闭磁路式）自感传感器121—线圈2—铁芯3—衔铁131．变气隙式（闭磁路式）自感传感器由电感式同样可知，变截面式传感器具有良好的线性度、自由行程大、示值范围宽，但灵敏度较低，常用来测量较大位移量。为扩大示值范围和减小非线性误差，可采用差动结构。2．螺线管式（开磁路式）自感式传感器螺线管式自感式传感器常采用差动式。141—测杆2—衔铁3—线圈差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。特性151、2—L1、L2的特性3—差动特性4.1.2自感式传感器的测

5、量电路测量电路有交流分压式、交流电桥式和谐振式等多种，常用的差动式传感器大多采用交流电桥式。交流电桥的种类很多，差动形式工作时其电桥电路常采用双臂工作方式。161．变压器交流电桥电桥有两臂为传感器的差动线圈的阻抗，所以该电路又称为差动交流电桥17变压器式交流电桥电路图分析设O点为电位参考点，根据电路的基本分析方法，可得到电桥输出电压为当传感器的活动铁芯处于初始平衡位置时，两线圈的电感相等，阻抗也相等。电桥输出电压，电桥处于平衡状态。18变化时当铁芯向一边移动时，则一个线圈的阻抗增加，19变化后的电压当传感器线圈为高Q值时，则线圈的电阻远小于其感抗当活动铁芯向另一边（反方

6、向）移动时差动式自感传感器采用变压器交流电桥为测量电路时，电桥输出电压既能反映被测体位移量的大小，又能反映位移量的方向，且输出电压与电感变化量呈线性关系。202．带相敏整流的交流电桥上述变压器式交流电桥中，由于采用交流电源，则不论活动铁芯向线圈的哪个方向移动，电桥输出电压总是交流的，即无法判别位移的方向。常采用带相敏整流的交流电桥。21结构22带相敏整流的交流电桥电路（1）初始平衡位置时23铁芯处于初始平衡位置时的等效电路（2）活动铁芯向一边移动时24铁芯向线圈一个方向移动时的等效电路结果25在Ui的正半周在Ui的负半周只要活动铁芯向一方向移动，无论在交流电源的正半周还

7、是负半周，电桥输出电压均为正值。26（3）活动铁芯向相反方向移动时当活动铁芯向线圈的另一个方向移动时，用上述分析方法同样可以证明，无论在的正半周还是负半周，电桥输出电压均为负值。27应用281—理想特性曲线2—实际特性曲线4.1.3自感式传感器应用举例用于测量位移，还可以用于测量振动、应变、厚度、压力、流量、液位等非电量。291．自感式测厚仪301—可动铁芯2—测杆3—被测物体2．位移测量311—引线2—线圈3—衔铁4—测力弹簧5—导杆6—密封罩7—测头其他电感测微头324.2差动变压器式传感器把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器