传感与测试技术 教学课件 作者 978-7-302-28748-3 第3章-常用传感器3.2.2电感式.ppt

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1、常用传感器传感器定义、组成及分类电参量型传感器电量型传感器光电式传感器光纤传感器数字式传感器2021/8/61电阻式传感器电感式传感器电容式传感器电参量型传感器测量电路电参量型传感器2021/8/62电感式传感器(InductanceTransducer)是建立在电磁感应的基础上，利用线圈自感或互感的变化实现非电量的测量。这类传感器的主要特征是具有线圈绕组。利用磁路磁阻变化引起传感器线圈的电感(自感或互感)变化来测量的传感器分别成为自感式传感器和互感式传感器（又称差动变压器式传感器），故又通称为变磁阻式传感器。电

2、感式传感器还包括基于电涡流效应的涡流效应的电涡流传感器(ElectricEddyTransducer)，利用电磁感应原理的感应同步器(InductiveSynchronizer，将在数字传感器中讲述)等。电感式传感器2021/8/63电感式传感器自感式传感器（电参量型）互感式传感器—差动变压器式（电量型）电涡流式传感器高频反射式（电参量型）低频透射式（电量型）2021/8/64自感系数L：自感式传感器铁心磁阻空气磁阻自感式传感器的分类：变气隙型、变面积型和螺管式。2021/8/65(1)变气隙式自感传感器自感式传

3、感器测量特性：变气隙自感式传感器的输出特性是非线性的。适合测量较小位移。为保证一定的测量范围与线性度，对变气隙式传感器，常取：δ0=lδ/2=0.1～0.5mm，△δ=(1/5～1/10)δ02021/8/66(2)变面积式自感传感器自感式传感器测量特性：在忽略气隙磁通边缘效应的条件下，其输出特性呈线性，因而具有较大的线性范围。与变气隙式相比较，其灵敏度较低。欲提高灵敏度，需减小lδ，但同样受到工艺和结构的限制。2021/8/67(3)螺管式自感传感器由平均半径为r的螺管线圈、衔铁和磁性套管等组成。随着衔铁插入的

4、深度的不同将引起线圈泄漏路径中磁阻的变化，从而使线圈的电感发生变化。自感式传感器测量特性：灵敏度较前两种低。具有较大的线性范围，适用于较大位移测量。2021/8/68差动式自感传感器由单一式结构对称组合，构成差动式自感传感器，可改善其性能：灵敏度提高非线性补偿对电源电压与频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿，提高了传感器的稳定性。自感式传感器L2L1(a)变气隙差动型L1L2(b)变面积差动型L1L2(c)双螺线管差动型图3.21差动式自感传感器典型结构2021/8/69能将被测非电量转换成线圈间互感系数M变化

5、的传感器通称为互感式传感器（MutualInductanceSensor），变压器式传感器和透射式电涡流传感器都属于此类。变压器传感器本身是其互感系数可变的变压器。这种传感器的二次线圈两个，接线方式又是差动的，故常称之为差动变压器式传感器。互感式传感器2021/8/610差动变压器式传感器工作原理由一个主线圈（一次线圈）和两个次级线圈（二次线圈）构成，两个次级线圈差动连接。当一次线圈接入激励电压后，二次线圈将产生感应电压。当互感变化时，输出差动电压的幅值和相位发生变化。互感式传感器L1L21L22衔铁2021/8

6、/611零点残余电压零点残余电压：理论分析可知，当铁芯位于中间位置时，差动变压器输出电压峰值应为零。但实际上并不一定为零，把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压。零点残余电压产生的原因主要是传感器在制作时，两个次级线圈的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等问题引起的。差动变压器式传感器的测量特性：直接输出较大的电压信号，是电量型传感器。输出电压是反应被测量大小和方向的调幅波，故需相应的解调电路（相敏检波电路、低通滤波电路等）以实现测量。互感式传感器2021/8/612电涡流式传感器（Elec

7、tricEddyTransducer）是利用金属导体在交变磁场中的电涡流效应进行工作的。其基本测量原理是基于电磁感应原理，具有线圈结构这一电感式传感器的显著特征。按照电涡流在导体内的贯穿情况及传感器结构不同，可分成高频反射式和低频投射式两大类。电涡流式传感器2021/8/613电涡流效应金属板置于一只线圈附近，当线圈中通以交变电流i，便产生磁通φ，此交变磁场H附近的金属板中产生感应电流i1，这种电流在金属板中自行闭合，称为“电涡流”，这种效应称为“电涡流效应”。电涡流式传感器金属板iφφ1i1图3.25电涡流效应

8、原理图x电涡流效应与被测导体的电阻率、磁导率、几何形状与表面状况、线圈的几何参数、励磁电流频率以及线圈与导体间的距离等参数有关。——电涡流检测电涡流效应的应用：电磁炉、电磁屏蔽罩、非接触式连续测量等。2021/8/614电涡流不仅沿导体径向分布不均匀，导体内产生的涡流由于趋肤效应，贯穿金属导体的深度有限。电涡流的贯穿深度：电涡流式传感器贯穿深度h随激励频率f的升高而逐渐减