传感器原理与检测技术 教学课件 作者 钱显毅 第4章.ppt

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1、第4章　电感式传感器4.1　电感式传感器的基本原理4.1.1　电感与基于电磁参量的关系4.1.2　电感式传感器的分类4.2　变气隙型电感式传感器4.2.1　简单的变气隙型电感式传感器4.2.2　变气隙型差动电感式传感器4.2.3　变气隙型差动变压器式传感器4.2.4　变截面型差动电感式传感器和变截面型差动变压器式传感器4.2.5　小气隙电感式传感器与小气隙电容式传感器的比较4.3　螺线管电感式传感器4.3.1　理想的螺线管第4章　电感式传感器4.3.2　有限长度的单层螺线管4.3.3　有限长径比的多层线圈4.3.4　空心线圈的电感4.3

2、.5　简单的螺线管电感式传感器4.3.6　差动螺线管传感器4.3.7　螺线管差动变压器4.4　电涡流传感器4.4.1　概述4.4.2　电涡流的形成及等效电路4.5　电感式传感器的测量电路4.5.1　交流电桥的调零(预平衡)问题4.5.2　交流差动工作电桥的灵敏度分析第4章　电感式传感器4.5.3　交流电桥中的相敏检波问题4.1　电感式传感器的基本原理4.1.1　电感与基于电磁参量的关系4.1.2　电感式传感器的分类4.1　电感式传感器的基本原理图4-1　原理示意图1—激励线圈　2—二次线圈　3—铁心4.1.1　电感与基于电磁参量的关系1

3、)电流在线圈中产生的总交链磁通Ψ2)磁场能量3)结构参数4)对被测对象的作用力5)电流在线圈中产生的自感及互感(M)电动势4.1.2　电感式传感器的分类1)具有气隙的电感式传感器。2)具有螺线管的电感式传感器。3)电涡流传感器。4)利用铁磁体物理性质的传感器。4.2　变气隙型电感式传感器4.2.1　简单的变气隙型电感式传感器4.2.2　变气隙型差动电感式传感器4.2.3　变气隙型差动变压器式传感器4.2.4　变截面型差动电感式传感器和变截面型差动变压器式传感器4.2.5　小气隙电感式传感器与小气隙电容式传感器的比较4.2.1　简单的变气

4、隙型电感式传感器1)铁心磁路中的磁滞及涡流损耗不计。2)不考虑集肤效应及边缘效应，认为在铁心中的磁场是均匀分布的。3)铁心的相对磁导率远大于空气的相对磁导率。图4-3　简单的变气隙型电感式传感器4.2.2　变气隙型差动电感式传感器图4-4　变气隙型差动电感式传感器a)结构示意图　b)变压器电桥4.2.3　变气隙型差动变压器式传感器1)差动变压器存在理论上的非线性，将式(4-18)按泰勒级数展开为2)在N1=N2时，比较式(4-14)和式(4-19)可以看出，差动变压器的灵敏度是差动电感的2倍。3)差动变压器的激励源和输出是通过磁路耦合，

5、一次线圈和二次线圈之间没有电的直接联系。4)由于差动变压器比差动电感要多绕两个检测线圈，因此，在其他条件相同时，差动变压器的体积较大。4.2.3　变气隙型差动变压器式传感器图4-5　变气隙型差动变压器式传感器4.2.4　变截面型差动电感式传感器和变截面型差动变压器式传感器图4-6　变截面型差动电感式传感器1—静铁心　2—动铁心4.2.4　变截面型差动电感式传感器和变截面型差动变压器式传感器图4-7　变截面型差动变压器式传感器4.2.5　小气隙电感式传感器与小气隙电容式传感器的比较1.主要相似之处2.主要差异之处1.主要相似之处1)二者都

6、是能量控制型，都有三个能量口。2)二者的基本输入量都是较小的位移。3)可动部分都可以采用无摩擦支撑。4)表示形式：5)电容器有电场的边界问题(边缘效应)，电感有磁场的边界问题。2.主要差异之处1)电容器电容量很小，分布电容影响很大，抗干扰能力差；小气隙电感的电感很大，有很强的抗干扰能力，不需要特别的屏蔽措施。2)计算分析表明，在同样结构参数及合理激励参数条件下，小气隙电感式传感器的磁场能量，约为电容式传感器的104倍。3)在电容式传感器的输出信号中，不存在谐波分量(假使激励源为正弦波)；而在电感式传感器的输出信号中，包含有较多的谐波分量

7、。4.3　螺线管电感式传感器4.3.1　理想的螺线管4.3.2　有限长度的单层螺线管4.3.3　有限长径比的多层线圈4.3.4　空心线圈的电感4.3.5　简单的螺线管电感式传感器4.3.6　差动螺线管传感器4.3.7　螺线管差动变压器4.3.1　理想的螺线管1)螺线管具有极强的磁力线集束性能，理想螺线管可以得到极限的磁感应强度。2)理想螺线管中的磁感应强度在线圈内部轴向分布是均匀的。3)在理想螺线管内部，磁场在径向分布也是均匀的。4.3.2　有限长度的单层螺线管1)有限长径比对轴线中心磁感应强度的影响。2)有限长径比对磁场轴向分布的影响

8、。4.3.2　有限长度的单层螺线管图4-8　有限长径比的螺线管a)单匝线圈　b)磁感应强度分布1—理想分布　2—实际分布图4-9　γ与l/r关系4.3.3　有限长径比的多层线圈1)多层线圈轴线中心处的磁场与