电感式传感器

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,4,章 电感式传感器,第四章电感式传感器,电感式传感器,利用电磁感应原理将,被测非电量,如位移、压力、流量、振动等,转换成,线圈,自感系数,L,或互感系数,M,的变化,，再由测量电路转换为电压或电流的变化量的输出。,优缺点？,变磁阻式传感器,自感式,差动变压器式传感器,互感式,电涡流式传感器,电涡流式,变磁阻式传感器,工作原理,输出特性,测量电路,应用,变磁阻式传感器工作原理,衔铁移动,改变,磁阻变化,电感值变化,变磁阻式传感器输出特性,初始电感量：,初始点,衔铁上移,，,0,同理，衔铁下移,，,0,忽略高价项：,灵敏度为：,（表明？）,变磁阻式传感器测量电路,图,4-4,电感式传感器的等效电路,交流电桥式测量电路,变压器式测量电路,谐振式测量电路,交流电桥式测量电路,5,0,电桥平衡条件：,Z,1,=Z,2,;Z,3,=Z,4,平衡状态下：,U,0,0,衔铁偏离中心位置后：,(,假设,Z,1,=,Z+,Z,1,;Z,2,=,Z-,Z,2,;,还假设传感器线圈具有,高品质因数,),又,忽略高次项得,故,（注：此图中的电桥输入输出端口与上一章中的位置刚好相反）,交流电桥式测量电路灵敏度分析,灵敏度,K,0,为,两点结论：,差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。,差动式变间隙电感传感器的非线性项次数高，线性度得到明显改善。,变压器式交流电桥,6,当传感器衔铁上移时,即,Z,1,=Z+Z,Z,2,=Z-Z,此时,当传感器衔铁下移时,即,Z,1,=Z-Z,Z,2,=Z+Z,此时,谐振式测量电路,7,8,差动变压器式传感器,互感式传感器,把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器,差动变压器式传感器,次级绕组用差动形式,结构：,变隙式、变面积式、,螺线管式,优点：,测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠,螺线管式差动变压器,工作原理,基本特性,测量电路,应用,螺线管差动变压器工作原理,14,螺线管式差动变压器工作原理,16,（两次级线圈反相串联，忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容）,衔铁在平衡位置时,活动衔铁向上移动时,由于磁阻的影响,w,2a,中磁通将大于,w,2b,使,M,1,M,2,，,反之,即：当衔铁位移发生变化时，输出电压会随之发生变化,螺线管式差动变压器基本特性,16,（两次级线圈反相串联，忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容）,衔铁在中间位置,时，,M,1,=M,2,=M,，故,U,2,=0,活动衔铁向上移动时,M,1,=M+M M,2,=M-M,与同极性,活动衔铁向下移动时,M,1,=M-M M,2,=M+M,与同极性,输出特点：输出（交流电压）幅值与衔铁偏移量成正比；衔铁过平衡点时，相位改变,180,度。,零点残余电压及补偿,17,零点残余电压,U,0,零点残余电压,主要是由传感器的,两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称,，以及,磁性材料的非线性,等问题引起的。（,基波、高次谐波,）,r,C,W,1,W,2,输出,图,1,零点残余电压的补偿（直接补偿）,输出,r,C,W,1,W,2,交流输入,图,2,零点残余电压补偿的另一种方法（间接补偿）,差动式变压器测量电路,两个目的：,辨别移动方向,消除零点残余电压,两种方法：,差动整流电路,相敏检波电路,差动整流电路,18,相敏检波电路,19,电涡流式传感器,工作原理,22,传感器等效阻抗发生变化,电涡流效应,块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时,导体内将产生呈涡旋状的感应电流。,一般用于测量,x,，也有用于,测量,、,电涡流传感器基本特性,等效电路模型：,线圈的等效阻抗：,电涡流的径向形成范围,25,电涡流径向形成的范围大约在传感器线圈外径,r,as,的,1.8,2.5,倍范围内,且分布不均匀,电涡流密度在短路环半径,r=0,处为零,电涡流的最大值在,r=,r,as,附近的一个狭窄区域内,可以用一个平均半径为,r,as,（,r,as,=,（,r,i,+r,a,）,/2,）的短路环来集中表示分散的电涡流（图中阴影部分）,电涡流强度与距离的关系,电涡强度与距离,x,呈非线性关系,且随着,x/r,as,的增加而迅速减小。,当利用电涡流式传感器测量位移时,只有在,x/r,as,1(,一般取,0.05,0.15),的范围才能得到较好的线性和较高的灵敏度,26,低频透射式涡流厚度传感器,30,高频反射式涡流厚度传感器,