第3章电感式传感器原理及其应用详解ppt课件.ppt

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1、第3章电感式传感器原理及其应用3.1概述3.2自感式传感器3.3差动变压器式传感器3.4电涡流式传感器3.1概述1.电感式传感器的定义利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感系数或互感系数的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，这种装置称为电感式传感器。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、f2.电感式传感器的分类电感式传感器可分为自感式传感器、差动变压式传感器和电涡流传感器三种类型。3.2自感式传感器3.2.1自感式传感器的结构自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯与衔铁由硅钢片或坡莫合金等导磁材料制成。自感式传感器结构图3.2.2自感式传感器的工

2、作原理自感式传感器是把被测量变化转换成自感L的变化，通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。传感器在使用时，其运动部分与动铁心（衔铁）相连，当动铁芯移动时，铁芯与衔铁间的气隙厚度发生改变，引起磁路磁阻变化，导致线圈电感值发生改变，只要测量电感量的变化，就能确定动铁芯的位移量的大小和方向。自感式传感器的工作原理示意图当线圈匝数N为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻的函数，只要改变或S均可导致电感变化。因此变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度的传感器和变气隙面积S的传感器。变气隙式自感传感器结构δ线圈铁心衔铁⊿δ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：当铁芯的结构和材料确定后，自

3、感L是气隙厚度和气隙磁通截面积S的函数,即。如果S保持不变，则L为的单值函数，可构成变气隙型自感传感器；如果保持不变，使S随位移而变，则可构成变截面型自感传感器；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。变面积式自感传感器：灵敏度为：由于漏感等原因，其线性区范围较小，灵敏度也较低，因此，在工业中应用得不多。δ衔铁铁芯线圈变面积式自感传感器结构lrx2ra线圈衔铁螺管型电感传感器螺管式自感传感器：传感器工作时，衔铁在线圈中伸入长度的变化将引起螺管线圈电感量的变化。对于长螺管线圈l>>r，当衔铁工作在螺管的中部时，可以认为线圈内磁场强度是均

4、匀的，线圈电感量L与衔铁的插入深度l大致上成正比。这种传感器结构简单，制作容易，灵敏度较低，适用于测量较大的位移量。电感式传感器的特点：（1）结构简单：没有活动的电触点，寿命长。（2）灵敏度高：输出信号强，电压灵敏度每毫米能达到上百毫伏。（3）分辨率大：能感受微小的机械位移与微小的角度变化。（4）重复性与线性度好：在一定位移范围内，输出特性的线性度好，输出稳定。（5）电感式传感器的缺点是存在交流零位信号，不适宜进行高频动态测量。3.2.3差动式自感传感器由于线圈中通有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电磁吸力，会引起振动和附加误差，而且非线性误差较大。外界的干扰、电源电压频率的变化、温度的

5、变化都会使输出产生误差。在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁，构成差动式自感传感器，两个线圈的电气参数和几何尺寸要求完全相同。这种结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等的影响也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差，可以减小测量误差。1.差动式自感传感器的结构(a)变气隙式；（b）变面积式；（c）螺管式差动式自感传感器三种形式的差动式自感传感器以变气隙厚度式电感传感器的应用最广。变气隙式差动式自感传感器结构剖面图2.差动式自感传感器的特点自感系数特性曲线如图所示。自感系数特性曲线图2.差动式自感传感器的特点差动气隙式电感传感器由两个相同的电感线

6、圈1、2和磁路组成。测量时，衔铁通过测杆与被测位移量相连，当被测体上下移动时，导杆带动衔铁也以相同的位移上下移动，使两个磁回路中磁阻发生大小相等，方向相反的变化，导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式。差动式与单线圈电感式传感器相比，具有以下优点。（1）线性度高。（2）灵敏度高，即衔铁位移相同时，输出信号大一倍。（3）温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，由于能互相抵消而减小。（4）电磁吸力对测力变化的影响也由于能相互抵消而减小。3.2.4电感式传感器的测量电路自感式传感器实现了把被测量的变化为电感量的变化。为了测出电感量的变化，就要用转换电路把电感

7、量的变化转换成电压（或电流）的变化，最常用的转换电路有调幅、调频和调相电路。1.调幅电路（1）变压器电路图3-8所示为变压器电桥，和为传感器两个线圈的阻抗，另两臂为电源变压器二次侧线圈的两半，每半的电压为。（1）变压器电桥电路变压器电桥变压器式电桥如图所示，它的平衡臂为变压器的两个二次侧绕组，当负载阻抗无穷大时输出电压为：U．U/2．U/2．U0．Z1Z2当衔铁下移时，Z1=Z-△Z，Z2=Z+△Z，则有：同理，当衔铁上移时，有：当衔铁处于中间