现代检测技术-电感式传感器知识分享.ppt

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1、现代检测技术-电感式传感器5.1自感式传感器5.1.1工作原理5.1自感式传感器线圈的电感值可按下式计算：对于变气隙式电感传感器，因为空气隙厚度较小，且不考虑磁路的铁损，则总磁阻为：5.1自感式传感器因此5.1自感式传感器的特性曲线为一条直线。图5-2电感式传感器的特性曲线5.1自感式传感器5.1.2输入——输出特性.变气隙型自感式传感器①单一式变气隙型自感式传感器图5-3单一式变气隙型自感传感器5.1自感式传感器②差动式变气隙型自感式传感器图5-4差动式变气隙型自感式传感器5.1自感式传感器2.变面积式型自感传感器①单一式变面积式型自感传感器图5-5单一式变面积型自感传感器5.1

2、自感式传感器②差动式变面积型自感传感器图5-6差动式变面积型自感传感器5.1自感式传感器3.螺管型自感传感器①单一式螺管型自感传感器图5-7单一式螺管型自感传感器5.1自感式传感器②差动式螺管型自感传感器图5-8差动式螺管型自感传感器5.1自感式传感器5.1.3等效电路分析图5-9等效电路5.1自感式传感器5.1.4测量电路电感式传感器将位移等非电量转换为电感的变化，为了将电感的变化转换为电压、电流或频率，还须选择适当的接口电路。选择的基本原则时尽可能使输出电压、电流或频率与被测非电量成线性关系。5.1自感式传感器⑴变压器电桥图5-10变压器电桥5.1自感式传感器⑵带相敏整流的交流

3、电桥图5-11带相敏整流的交流电桥5.2差动变压器5.2.1工作原理与结构差动变压器其工作原理基于变压器的原理。差动变压器主要由一个线框和一个铁心组成。在线框上绕有一组一次线圈作为输入线圈，一次线圈（初级线圈）上加交变的激励电压，在同一框架上另绕两组二次线圈作为输出线圈，二次线圈（次级线圈）即产生电动势，在负载上输出相应的电压。在线框中央圆柱孔中放入铁心，如下图5-12a所示。5.2差动变压器图5-12差动变压器5.2差动变压器图5-13差动变压器的结构5.2差动变压器图5-14差动变压器的等效电路5.2差动变压器由图5-14可见，当二次侧开路时，一次线圈的交流电流复数值为（5-2

4、1）式中，ω为励磁电压的角频率；为励磁电压的复数值。由于的存在，在铁心和线圈中产生磁通和，在二次线圈中感应出电动势和，其值分别为：（5-22）5.2差动变压器式中，。和分别为通过一次和两个二次线圈的磁阻。因此得到空载输出电压为：（5-23）其有效值为：（5-24）只与、有关。5.2差动变压器⑴等效电路输出阻抗为：或写成：这样差动变压器又可等效为电压，输出阻抗的电动势源。5.2差动变压器⑵灵敏度差动变压器的灵敏度是指差动变压器在单位电压励磁下，铁心移动一单位距离时的输出电压，以v／mm／v表示。一般差动变压器的灵敏度大于50mv／mm／v。5.2差动变压器可采用下列方法提高差动变压器

5、的灵敏度1)提高线圈的品质因数Q值，为此需增大差动变压器的尺寸，一般长度为直径的1.2~2.0倍较恰当。(2)选择较高的励磁频率。(3)增大铁心直径，使其接近于线圈框架内径，铁心采用磁导率高、铁损小、涡流损失小的材料。(4)减少涡流损耗，为此线圈框架采用非导电的且膨胀系数小的材料。(5)在不使一次线圈过热的情况下，尽量提高励磁电压。5.2差动变压器⑶频率特性差动变压器的励磁频率一般从10~50kHz为适当。频率太低时差动变压器的灵敏度显著降低。温度误差和频率误差增加，要进行高精度和高灵敏度的测量比较困难。频率太高铁损和耦合电容等的影响增加，具体应用时频率可在5~400kHz的范围内

6、。励磁频率与输出电压有很大关系，频率增加引起与二次绕组相联系的磁通量变化率增加，它将使差动变压器的输出电压增加。另外，增加频率使一次线圈的电抗增加，这使输出电压又有减小的趋势。因此只有在某频率下才能达到最大输出，在此频率附近由励磁频率的变化而引起灵敏度的变化为最小。5.2差动变压器⑷线性范围理想的差动变压器二次侧输出电压应与铁心位移成线性关系，还希望二次侧的相角为一定值，这一点比较难满足。考虑到这种因素，线性范围约为全长的1／10左右。采用相敏整流电路对输出电压进行处理，可以改善差动变压器的线性5.2差动变压器⑸激励源波动和温度的影响差动变压器由于机械结构的膨胀、收缩、测量电路的温

7、度特性等的影响，会造成测量精度下降。由于机械部分热胀冷缩，影响测量精度达到左右，如果要把机械部分的温度影响限制在的范围内，则需把差动变压器在使用环境中放置后方可进行测量。在造成温度误差的各项中，影响最大的为一次线圈的电阻温度系数，在温度变化时．引起一次电流发生增减，造成二次测量电压随温度而变化。对于一次线圈Q值高的差动变压器，由于温度变化使二次线圈的电阻变化引起的的变化程度较小，可忽略不计。铁心的磁特性、磁导率、铁损、涡流损耗等也随温度变化而变化，但数值较小，亦可略去