电感式传感器 课件.ppt

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1、1被测机械量↕→电参数↕输出力学量传感器的种类繁多，应用广泛，主要应用于测力、测压、称重、测位移、测加速度、测扭矩、测温度等检测系统。目前已成为生产过程检测以及实现生产自动化不可缺少的手段之一。主要种类如下：测量电路2.力敏传感器应变式传感器电感式传感器电容式传感器压电式传感器22.2电感式传感器（变磁阻）自感式传感器气隙型、螺管型自感传感器自感线圈的等效电路测量电路差动变压器结构原理与等效电路误差因素分析测量电路应用电涡流式传感器涡流效应高频反射式电涡流传感器结构与原理输出特性测量电路应用3原理：由被测量引起线圈自感或互感变化实现非电量电测。可测参量：位移、振动、压力、应变、流量、比重等。

2、种类：按转换原理分：自感式和互感式按结构型式分：气隙型、面积型和螺管型优点：①结构简单、可靠，测量力小衔铁为(0.5～200)×10-5N时，磁吸力为(1~10)×10-5N。②分辨力、灵敏度高线位移：0.1μm或更小；角位移：0.1角秒。输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm。③重复性、线性度好在几十μm到数百mm位移范围内，输出线性度较好，较稳定不足：存在交流零位信号，不宜用于高频动态测量。4一、自感式传感器（一）气隙型自感传感器结构组成：线圈1，衔铁3和铁芯2等。图中点划线表磁路，磁路中空气隙总长度为lδ。0.5lδ123x(a)气隙式(b)变截面式根据磁路知识，线圈自感：N-线圈匝

3、数；Rm-磁路总磁阻(铁芯与衔铁磁阻+空气隙磁阻)5对于气隙式自感传感器，因气隙较小(lδ为0.1～1mm)，可认为气隙磁场均匀，若忽略磁路铁损，则磁路总磁阻为：l1-铁芯磁路总长；l2-衔铁磁路长；S-隙磁通截面积；S1-铁芯横截面积；S2-衔铁横截面积；μ1-铁芯磁导率；μ2-衔铁磁导率；μ0-真空磁导率，μ0=4π×10-7H/m；lδ-空气隙总长。由上二式得到：6电感传感器的基本工作原理演示F220V准备工作先看一个实验：将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的36V交流电压源上，如图所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔

4、铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。7电感传感器的基本工作原理演示气隙变小，电感变大，电流变小F8自感传感器的铁芯一般处于非饱和状态，其磁导率远大于空气磁导率，使铁芯磁阻远小于气隙磁阻，所以上式可简化为：可见：1)自感是气隙截面积和长度的函数，即L＝f(S,lδ)；2)若S不变，则L为lδ的单值函数，构成变隙式自感传感器；3)若保持lδ不变，S随位移变化，构成变截面式自感传感器。其特性曲线如下。9L=f（S）L=f（lδ）lδLSL=f(lδ)为非线性关系。当lδ＝0时，L为∞，考虑导磁体磁阻，lδ为0时，L并不等于∞，

5、而有一定数值。在lδ较小时其特性曲线如图中虚线所示。若上下移动衔铁使面积S改变，从而改变L,则L＝f(S)的特性曲线为一直线。10rx螺旋管铁心单线圈螺管型传感器结构图l（二）螺管型自感传感器结构形式：单线圈、差动式单线圈螺管型传感器的主要元件：一只螺管线圈、一根圆柱形铁芯。传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管线圈自感变化。用恒流源激励时，则线圈的输出电压与铁芯的位移量有关。特点：结构简单、工作范围大，非线性严重。11（三）特性分析灵敏度和线性度—以变气隙性为例当铁芯和衔铁用同一种导磁材料，且截面相同时，因气隙lδ一般较小，可认为气隙磁通截面与铁芯截面相等，设磁路总长为l，则

6、一般r>>1，所以：当气隙减少△lδ时：(当l>>l/r)K=μ0N2S，12自感的相对变化：同理，总气隙长度增加Δlδ时，自感减小为ΔL2，即上式改写为相对变化形式有：13若忽略高次项，则自感变化灵敏度为：线性度为：lδLΔL1ΔL2L0lδ0①当气隙lδ变化时，自感变化与气隙变化呈非线性关系；②气隙减少Δlδ所引起的自感变化ΔL1与气隙增加同样Δlδ所引起的自感变化ΔL2并不相等，即ΔL1＞ΔL2.结论：14差动变气隙式自感传感器:由两个电气参数和磁路完全相同的线圈组成，衔铁3上下移动时，一个线圈的自感增加，另一个的自感减少，形成差动。将这两个差动线圈分别接入测量电桥相邻臂，EUS

7、C1342ⅠⅡRR(l-Δlδ)/2(l-Δlδ)/2当磁路总气隙改变Δlδ时，自感相对变化为：灵敏度为：，非线性为：①差动式自感传感器的灵敏度比单线圈传感器提高一倍②差动式传感器的非线性失真小自感线圈不是一个纯电感，除了电感量L之外，还存在线圈的铜耗、铁心的涡流及磁滞损耗。ReRhCLIoRc自感线圈等效电路Re——铜损电阻；Rc——铁心涡流损耗；Rh——铁心的磁滞损耗；C——分布等效电容（线圈绕组间）。（