电感式传感器 ppt课件.ppt

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1、第三章电感式传感器电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。因此根据转换原理，电感式传感器可以分为自感式和互感式两大类。电感传感器的主要特征是具有电感绕组。3.1工作原理1.变间隙型结构示意图如右图所示原理分析工作时衔铁与被测物体连接，被测物体的位移将引起空气隙的长度发生变化。由于气隙磁阻的变化，导致了线圈电感量的变化。3.1.1自感式传感器2.变面积型气隙长度不变，铁心与衔铁之间相对而言覆盖面积随被测量的变化面改变，从而导致线圈的电感量发生变化，这种形式称之为变面积型电感传感器，其结构示意图见下

2、图。3.螺管型如右图所示，线圈中放入圆柱形衔铁，也是一个可变自感。使衔铁上下位移，自感量将相应变化，这就可构成螺管型传感器。通过以上三种形式的电感式传感器的分析,可以得出以下几点结论:1.变间隙型灵敏度较高,但非线性误差较大,且制作装配比较困难。2.变面积型灵敏度较前者小,但线性较好,量程较大,使用比较广泛。3.螺管型灵敏度较低,但量程大且结构简单易于制作和批量生产,是使用最广泛的一种电感式传感器。3.1.2互感式传感器互感式传感器本身是其互感系数可变的变压器，当一次线圈接入激励电压后，二次线圈将产生感应电压输出，互感变化时，输出电压将作相应变化。一般，这种传感

3、器的二次线圈有两个，接线方式又是差动的，故常称之为差动变压器式传感器。这种传感器的工作原理如右图所示。3.2转换电路和传感器灵敏度被测量xL(M)转换电路及信号调节电量传感器转换电路调幅电路调频电路调相电路自感传感器的灵敏度是指传感器结构(测头)和转换电路综合在一起的总灵敏度。传感器的灵敏度(单位：mV/（mV）)传感器结构灵敏度kt定义为自感值相对变化与引起这一变化的衔铁位移之比，即(1式)转换电路的灵敏度kc定义为空载输出电压uo与自感相对变化之比，即(2式)由式(1式)和式(2式)可得总灵敏度为3.3零点残余电压衔铁位移x与电桥输出电压Uo有效值

4、的关系曲线，如右图所示。虚线为理想特性曲线，实线为实际特性曲线，在零点总有一个最小的输出电压。一般把这个最小的输出电压称为零点残余电压，并用e0表示。零残电压过大带来的影响：灵敏度下降、非线性误差增大测量有用的信号被淹没，不再反映被测量变化造成放大电路后级饱和，仪器不能正常工作。产生的原因：两电感线圈的等效参数不对称减小零点残余电压方法：1.尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数玫磁路的对称。磁性材料要经过处理，消除内部的残余应力，使其性能均匀稳定。2.选用合适的测量电路，如采用相敏整流电路。既可判别衔铁移动方向双可改善输出特性，减小零点残余电动势。3.采用补偿

5、线路减小零点残余电动势。下图是几种减小零点残余电动势的补偿电路。在差动变压器二次侧串、并联适当数值的电阻电容元件，当调整这些元件时，可使零点残余电动势减小。3.4应用举例下图所示是一个测量尺寸用的轴向自感式传感器测头测杆电感线圈磁芯下图是气体压力传感器和加速度计用传感器的结构原理图气体压力传感器加速度计用传感器旁向式差动电感式传感器总行程：1.5mm测量力：0.4～0.7N示值变动性：0.2µm轴向式差动电感式传感器总行程：3mm测量力：0.45～0.65N示值变动性：0.03µm总行程：1.5mm测量力：0.12～0.18N示值变动性：0.05µm特点：不仅可

6、以测量微米级直径，而且通过其在孔内旋转和平移可以测量其椭圆度和圆柱度被测孔内径范围:Ф25～Ф120mm测量力：1.3±0.3N示值变动性：1µm特点：不仅可以测量微米级直径，还可以测量轴的椭圆度和圆柱度被测轴直径范围:Ф25～Ф120mm测量力：4±1.5N示值变动性：1µm电子卡规、塞规轴向式差动变压器式传感器总行程：100mm线性度：0.15%总行程：2～7mm测量力：0.9～1.2N示值变动性：0.5µm3.5电涡流式传感器涡流效应：金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中旋涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就

7、称为涡流效应。形成涡流条件存在交变磁场导电体处于交变磁场中3.5.1工作原理如下图a所示，一个扁平线圈置于金属导体附近，当线圈中通有交变电流I1时，线圈周围就产生一个交变磁场H1。置于这一磁场中的金属导体就产生电涡流I2，电涡流也将产生一个新磁场H2，H2与H1方向相反，因而抵消部分原磁场，使通电线圈的有效阻抗发生变化。我们可以把被测导体上形成的电涡等效成一个短路环，这样就可得到如图b的等效电路。a)电涡流传感器原理图b)电涡流传感器等效电路图3.5.2转换电路（一）电桥电路法图中A、B为传感器线圈，它们与电容C1、C2，电阻R1、R2组成电桥的四个臂。当传感器

8、线圈的阻抗变化时，电桥失