检测与转换技术：第4章5电感式传感器.ppt

 4.3 电感式传感器电感式传感器原理：利用磁路磁阻变化，引起传感器线圈的电感变化来检测非电量的一种机电转换装置  电感式传感器电感式传感器磁路磁路磁路磁路磁阻磁阻磁阻磁阻 被测非电量被测非电量被测非电量被测非电量自感系数自感系数自感系数自感系数L L L L互感系数互感系数互感系数互感系数MMMM测量测量测量测量电路电路电路电路 U U U U、、、、I I I I、、、、f f f f自感式传感器自感式传感器互感式传感器互感式传感器压磁式传感器（略）压磁式传感器（略）电涡流式传感器电涡流式传感器   4.3.1 4.3.1 自感式传感器自感式传感器1 1 、变气隙式自感传感器、变气隙式自感传感器总磁阻总磁阻总磁阻总磁阻线圈匝数线圈匝数线圈匝数线圈匝数两式联立得两式联立得: :δ线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁Δδ图图4-3-1 4-3-1 磁阻式传感器磁阻式传感器I I为线圈中所通交流电流的有效值为线圈中所通交流电流的有效值  铁心工作在非饱和状态时：铁心工作在非饱和状态时：U U0 0为空气导磁率，为空气导磁率，A A0 0为空气隙的截面积，如果为空气隙的截面积，如果A A0 0保持不变，则保持不变，则L L为气隙为气隙δ δ的单值函数，构成变的单值函数，构成变气隙式自感传感器气隙式自感传感器( (非线性非线性, ,成反比成反比) )若保持若保持δ δ不变，使不变，使A A0 0随被测量（如位移）变化，随被测量（如位移）变化，则构成变截面式自感传感器，（线性好）则构成变截面式自感传感器，（线性好）  变气隙式自感传感器变气隙式自感传感器衔铁衔铁δ线圈线圈铁芯铁芯Δδ 为保证一定的测量范围和线性度，为保证一定的测量范围和线性度，常取常取δ0=(0.1~0.5)mm,且且Δδ=(1/5~1/10)δ0δL= f (δ)L变气隙式自感传感器特性变气隙式自感传感器特性   2 2、差动式变气隙型自感传感器、差动式变气隙型自感传感器 在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁共用一个衔铁，构成差动式自感传感器，两个线，构成差动式自感传感器，两个线圈的圈的电气参数和几何尺寸电气参数和几何尺寸要求完全相同。

这种结要求完全相同这种结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等的影响也可以进行补偿，从化、电源频率变化等的影响也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差而减少了外界影响造成的误差  3、变气隙型差动式自感传感器、变气隙型差动式自感传感器§   变面积型自感传感器只改变气隙截面积，并不改变铁芯截面积变面积型差动式自感传感器三.螺管型自感传感器螺管型自感传感器§  x是衔铁插入线圈中的长度，自感变化量与衔铁位移成正比变气隙式、变面积式和螺管式自感传感器的比较变气隙式、变面积式和螺管式自感传感器的比较 (P67)四、等效电路分析更换电缆后需重新校准或采用并联电容加以调整电源：应选使线圈电感品质因数最高的激励频率五、接口电路§变压器电桥适用：差动式自感传感器图3-1-6(P37)§差动电感脉冲调宽电路适用：差动式自感传感器 (P41)3、3 阻抗频率转换器§1、调频法§原理：把R、L、C传感器接入振荡电路，使振荡频率随R、L、C变化§适用：单一式电感传感器工作原理：类似于变压器主要包括有衔铁、初级绕组、次级绕组。

初、次级绕组的耦合程度随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移的改变而变化，从而引起输出电压的变化　　初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，　　初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，而次级线圈由结构尺寸和参数相同的两个线圈而次级线圈由结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接反相串接而成，而成，且以差动方式输出，相当于变压器的副边所以又把这种传感且以差动方式输出，相当于变压器的副边所以又把这种传感器称为器称为差动变压器式电感传感器差动变压器式电感传感器 12341 初级线圈初级线圈;2.3次级线圈次级线圈;4衔铁衔铁4 4、、3 3、、2 2 互感式互感式传感器传感器（（差动变压器）差动变压器） 在在理理想想情情况况下下(忽忽略略线线圈圈寄寄生生电电容容及及衔衔铁铁损损耗耗)，，差差动动变变压压器器的的等效电路如图等效电路如图 e1初级线圈激励电压初级线圈激励电压I1初级线圈电流初级线圈电流M1,M2分分别别为为初初级级与与次级线圈次级线圈1,2间的互感间的互感～～～～～～u2R21R22e21e22e1R1M1M2L21L22L1I1在次级线圈中感应出电压在次级线圈中感应出电压e21和和e22因此空载输出电压因此空载输出电压当M1=M2时,输出u2=e21-e22=0当M1不等于M2时,输出u2=e21-e22不等于0互感系数随衔铁的位移而变化，所以，输出电压随衔铁的位移而变化,实现位移的测量。

变气隙式可测量几微米—几百微米位移，变面积式可测量零点几秒的很小角位移螺管型可测量几毫米—1米的位移目前多采用螺管型差动变压器互感传感器分类激励交流信号频率§互感传感器的灵敏度与激励频率关系如图：互感传感器在激励频率较低时，灵敏度受Q值影响，灵敏度随频率增加而增加；在激励频率很高时，由于导线趋肤效应和铁损影响，灵敏度下降§根据铁心材料，选择合适的激励信号频率，使传感器的灵敏度稳定三．测量电路§差动变压器的测量电路一般采用反串电路和桥路两种：差动整流电路差动变压器输出的电压是调幅波，为了判别衔铁的移动方向，差动变压器输出的电压是调幅波，为了判别衔铁的移动方向，需要进行解调常用差动相敏检波电路和差动整流电路需要进行解调常用差动相敏检波电路和差动整流电路§（（a,b）图适合低阻负载场合，）图适合低阻负载场合，Iab= I1-I2 ，，§当衔铁位于零位以上时，当衔铁位于零位以上时，I1>I2,故故Iab>0,§当衔铁位于零位以下时，当衔铁位于零位以下时，I1Ubc,故故Uab>0,§当衔铁位于零位以下时，当衔铁位于零位以下时，Uac

§当衔铁位于零位（中间），输出电流、电压都等于当衔铁位于零位（中间），输出电流、电压都等于0 直流供电测量电路§用途：便携式位移测量仪  差动变压器式传感器的特点及应用差动变压器式传感器的特点及应用 优点优点优点优点：：①①结构简单、可靠，测量力小结构简单、可靠，测量力小结构简单、可靠，测量力小结构简单、可靠，测量力小②②分辨力高分辨力高分辨力高分辨力高机械位移机械位移机械位移机械位移0.01μm0.01μm，，，，输出信号强，电压灵敏度可达数百输出信号强，电压灵敏度可达数百输出信号强，电压灵敏度可达数百输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm mV/mm ③③重复性好，线性度优良重复性好，线性度优良重复性好，线性度优良重复性好，线性度优良, , 范围宽范围宽范围宽范围宽. .在几十在几十在几十在几十μmμm到几百到几百到几百到几百mmmm的位移范围内，输出特性的线的位移范围内，输出特性的线的位移范围内，输出特性的线的位移范围内，输出特性的线性度较好，且比较稳定性度较好，且比较稳定性度较好，且比较稳定性度较好，且比较稳定④④④④能实现信号远距离传输、和控制能实现信号远距离传输、和控制。

能实现信号远距离传输、和控制能实现信号远距离传输、和控制4.4 电感式传感器的应用电感式传感器的应用图图4-25 4-25 加速度传感器加速度传感器1 1 悬臂梁；悬臂梁；2 2 差动变压器；差动变压器；3 3 衔铁衔铁1 12 2a3 3电感测微仪电感测微仪探头探头测量测量电桥电桥交流交流放大放大相敏相敏检波检波指示器指示器振荡器振荡器变气隙式电感测微仪变气隙式电感测微仪动态测量范围：动态测量范围：±±1mm1mm分辨率：分辨率：1um1um精度：精度：3%3% §作业§第78页，13题§19题（不用写作业本上）。