电感电容传感器ppt课件.ppt

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1、3.1综述3.2自感式电感传感器3.3互感式电感传感器3.4压磁式传感器第3章电感式传感器3.1电感式传感器概述原理：电磁感应。具体地：将被测物理量的变化转换为电感的变化，在经过测量电路将电感的变化量转换为电信号。电感式传感器的类型1）自感式传感器a）可变磁阻式b）涡流式2）互感式（差动变压器式）3）压磁式特点：工作可靠、寿命长灵敏度高，分辨力高精度高、线性好性能稳定、重复性好自感（selfinductance）简单定义：由于导体本身电流的变化而产生的电磁感应现象叫做自感现象。详细定义：当导体中的电流发生变化时，它周围的磁场就随着变化，并

2、由此产生磁通量的变化，因而在导体中就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，此电动势即自感电动势。这种现象就叫做自感现象。3.2自感式传感器——可变磁阻式传感器L—自感δ0—气隙S0——气隙导磁截面积W——线圈匝数μ0——空气磁导率4Л*10e-7H/m自感式传感器的构成：线圈、铁心、衔铁几种常用可变磁阻式传感器的典型结构自感L与S0成线性关系，这种传感器灵敏度较低。当衔铁有位移时，可以使两个线圈的间隙按变化。一个线圈自感增加，另一个线圈自感减小。将两线圈接于电桥的相邻桥臂时，其输出灵敏度可提高一倍，并改善了线性特性。当铁芯

3、在线圈中运动时，将改变磁阻，使线圈自感发生变化。这种传感器结构简单、制造容易，但灵敏度低，适用于较大位移(数毫米)测量。较之单螺管线圈型有较高灵敏度及线性，被用于电感测微计上，其测量范围为0～300μm，最小分辨力为0.5μm。这种传感器的线圈接于电桥上，构成两个桥臂，线圈电感L1、L2随铁芯位移而变化。变气隙自感式传感器参数1）灵敏度按泰勒级数展开2）非线性误差与灵敏度衔铁上移切线斜率变大衔铁下移切线斜率变小与线性度衔铁上移：衔铁下移：无论上移或下移，非线性都将增大。差动变隙式电感传感器为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变隙式电感

4、传感器。衔铁上移Δδ：两个线圈的电感变化量ΔL1、ΔL2分别差动传感器电感的总变化量ΔL=ΔL1+ΔL2,具体表达式为（4-21）对上式进行线性处理,即忽略高次项得（4-22）灵敏度K0为（4-23）比较单线圈式和差动式：①差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。②差动式的非线性项(忽略高次项)：单线圈的非线性项（忽略高次项)：由于Δδ/δ0<<1，因此，差动式的线性度得到明显改善。测量电路1、交流电桥式测量电路把传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂Z1和Z2，另外两个相邻的桥臂用纯电阻R代替。设Z1=Z+ΔZ1,Z2=Z－ΔZ2，

5、Z是衔铁在中间位置时单个线圈的复阻抗，ΔZ1,ΔZ2分别是衔铁偏离中心位置时两线圈阻抗的变化量。对于高Q值的差动式电感传感器，有ΔZ1+ΔZ2≈jω(ΔL1+ΔL2)，则电桥输出电压为电感式传感器的测量电路有交流电桥式、变压器式交流电桥以及谐振式等。2、变压器式交流电桥式测量电路变压器式交流电桥测量电路如图所示，电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/2阻抗。当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压当传感器的衔铁处于中间位置，即Z1=Z2=Z，此时有　　　　　　　　　　　，电桥平衡。当传感器衔铁上移：如Z1=Z+

6、ΔZ，Z2=Z－ΔZ，当传感器衔铁下移：如Z1=Z－ΔZ，Z2=Z+ΔZ，此时可知：衔铁上下移动相同距离时，输出电压相位相反，大小随衔铁的位移而变化。由于是交流电压，输出指示无法判断位移方向，必须配合相敏检波电路来解决。3.谐振式测量电路分为：谐振式调幅电路和谐振式调频电路。调幅电路：传感器电感L与电容C、变压器原边串联在一起，接入交流电源，变压器副边将有电压输出，输出电压的频率与电源频率相同，而幅值随着电感L而变化，为输出电压与电感L的关系曲线，其中L0为谐振点的电感值。特点：此电路灵敏度很高，但线性差，适用于线性度要求不高的场合。谐

7、振式调幅电路调频电路：是传感器电感L的变化将引起输出电压频率的变化。通常把传感器电感L和电容C接入一个振荡回路中，其振荡频率。当L变化时，振荡频率随之变化，根据f的大小即可测出被测量的值。谐振式调频电路变隙式电感传感器的应用变隙电感式压力传感器结构图变隙式差动电感压力传感器变截面型自感式传感器改变气隙的有效截面积线性性好可测量位移、角度灵敏度低于变气隙式自感式传感器灵敏度3.2自感式传感器——电涡流式传感器什么是涡流电涡流传感器：高频反射式、低频透射式涡流传感器的特点15高频（数MHz以上）激励电流施加于邻近金属板一侧的线圈，由线圈产生的

8、高频电磁场作用于金属板的表面。在金属板表面薄层内产生涡流，涡流又产生反向的磁场，反作用于线圈上，由此引起线圈自感L或线圈阻抗的变化。变化程度取决于线圈至金属板之间的距离、金属板的