第六章 电感式传感器ppt课件.ppt

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1、第六章电感式传感器InductiveSensors绪论电感式传感器是建立在电磁感应基础上，利用线圈自感或互感的改变来实现非电量电测的，可分为变磁阻式、变压器式、涡流式等种类。可以测量位移、振动、压力、流量、比重等参数。Inductivesensorsarebasedontheprincipleofelectromagneticinduction.Byuseofself-inductanceandmutualinductanceofcoils,inductivesensorscanrealizedthemeasurementsofdisplacement,pr

2、essure,vibration,liquidfluxetc.Theinductivesensorsinvolvereluctancevariationsensors,linearvariabledifferentialtransformers(LVDTs),eddycurrentsensorsetc.特点（1）工作可靠、寿命长；（2）灵敏度高、分辨率高位移:0.01μm;角度0.1”;输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm。（3）精度高、线性好在几十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。非线性误差：0.05%~0.1%；（4）性能

3、稳定、重复性好。不足：存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。6.1变磁阻(自感)式传感器(reluctancevariationsensors)6.1.1工作原理分类：变气隙厚度δ的电感式传感器(variablegassensors)变气隙面积S的电感式传感器(variableareasensors)变铁芯磁导率μ的电感式传感器(movingcoresensors)自感式电感传感器常见的形式1—线圈coil；2—铁芯Magneticcore；3—衔铁Movingcore变隙式变截面式螺线管式线圈L铁芯δ衔铁δself-inductanceofcoilis:L

4、=W²/RM(6-1-1)W----numberofturnsRM-------Reluctance因为气隙较小(0.1～1mm)，所以，认为气隙磁场是均匀的，若忽略磁路铁损，则磁路总磁阻为:铁芯磁导率远大于空气的磁导率，因此铁芯磁阻远较气隙磁阻小可见，自感L是气隙截面积和长度的函数，即L＝f(S,δ)如果S保持不变，则L为δ的单值函数，构成变隙式自感传感器；若保持δ不变，使S随位移变化，则构成变截面式自感传感器。其特性曲线如图。L=f（S）L=f（δ）δLSL=f(δ)为非线性关系。当δ＝0时，L为∞，考虑导磁体的磁阻，当δ＝0时，并不等于∞，而具有一定的

5、数值，在δ较小时其特性曲线如图中虚线所示。如移动衔铁使面积S改变，从而改变L值时,则L＝f(S)的特性曲线为一直线。6.1.2等效电路假设自感线圈为一理想纯电感，但实际传感器中包括：线圈的铜损电阻（Rc）、铁芯的涡流损耗电阻（Re）和线圈的寄生电容（C）。因此，自感传感器的等效电路如图。CLRcRe一、电感L(6-1-3)二、损耗电阻RC(6-1-4)(6-1-5)LCRCRe耗散因数DC为：三、涡流损耗电阻Re(6-1-6)耗散因数De为：(6-1-7)四、耗散因数D和品质因数QD=DC+De+Dh(磁滞损耗)lgDDcDeDc+De+DhDc+DeDhf

6、mlgf当频率f取值：;此时耗散因数D取最小值:(6-1-8)对应的品质因数Q的最大值为：(6-1-9)五、有并联寄生电容的电感线圈不考虑并联寄生电容时：若考虑并联寄生电容，则有效灵敏度：6.1.3输出特性分析一、具有铁芯及小气隙的电感式传感器设磁路总长为l，且铁芯和衔铁的磁导率相同，截面相等则总磁阻：一般，μr»1，所以：式中:μe=lμr/(l+δμr)(6-1-12)传感器工作时，若衔铁移动使总气隙减少Δδ，则电感增加ΔL1，由式(6-1-14)得：则(6-1-13)式中:K=W²Sμ0或：(6-1-14)(6-1-15)若(Δδ/δ)/(1+l/δμ

7、r)«1，则(6-1-15)式可展开成：(6-1-16)同理，若气隙增加，则电感减少，则：(6-1-17)忽略高次项，电感变化灵敏度为：(6-1-18)线性度：(6-1-19)δLΔL1ΔL2L0δ0①当气隙δ发生变化时，自感的变化与气隙变化均呈非线性关系，其非线性程度随气隙相对变化Δδ/δ的增大而增加；②气隙减少Δδ所引起的自感变化ΔL1与气隙增加同样Δδ所引起的自感变化ΔL2并不相等，即ΔL1＞ΔL2，其差值随Δlδ/lδ的增加而增大。差动电感传感器1-差动线圈2-铁心3-衔铁4-测杆5-工件灵敏度:线性度：①差动式自感传感器的灵敏度比单线圈传感器提高一

8、倍②差动式自感传感器非线性失真小,如当Δδ/δ=10