传感技术4-11-1.ppt

Chapter 4 电感式传感器及其应用L、M-sensorsnonelectricL or M特征：以磁场为媒介Nonelectric：位移、振动、压力、加速度、液位、物料面等特点：结构简单、Ro小、Pout大、线性好、灵敏、可靠、稳定 、寿命长缺陷：存在AC零点残余、动态响应慢种类：自感式、互感式、电涡流、压磁式4－1自感式传感器 L－sensor磁路定律：＝iN/Rm感生电动势： L= -Ldi/dt = -Nd/dt即 Li ＝ N 问题1：磁路定律？L是 、 S的函数 变气隙式： L与成反比，非线性，但灵敏 变面积式： L与S成正比，线性，但灵敏度差   －时A 考虑线性项L/L=  /B 考虑二次项L/L= /(1＋ / ) 一、变气隙L－sensor灵敏度KL＝ (L/L)/ =1/非线性误差＝ / （0.1～0.2）2二、差动变气隙L－sensor灵敏度KL＝ (L/L)/ =2/ 提高1倍非线性误差＝  / 减少近1 个数量级3问题2：差动两个线圈如 何连接？2三、变面积L－sensor灵敏度KL＝ (L/L)/a =1/a差动形式（大间隙－－漏磁）单个coil：L=gbN2L/L= b /b差动： L’/L= 2b /b灵敏度KL＝ (L’/L)/b =2/b灵敏度KL＝ (L/L)/b =1/bb另外，对外界干扰、环境温度变化、电源波动磁力 等相互抵消，测量精度提高。

其中g＝20/ln(d2/d1)柱面间的 比磁导四、L－sensor等效电路铜损铁损电涡流损分布 电容R使电感的有效品质因数Q减 小，耗损D增大 问题3：Q如何定义？其意义？五、 L－sensor输出电路半桥差动输出 u0 =u/2 *  Z /Zu0 =u/2 * L /LCircuit KC ＝ u0 / (L/L)Sensor KL＝ (L/L)/ =2/OTotal K＝ KL KC = u0 /  单位：mV/m六、L－sensor零点残余电压产生的原因：两线圈的等 效参数不完全相等引起的 谐波干扰若太大，会引起末级放大 器饱和，是出厂时的重要 指标，要求：200倍放大后 Ucd ，输出为： Uo >02)当铁芯下移时，M1 U1 ， U2=(3~5)U12、二极管相敏检波电路1)当Ù1＝0时， Ù2正半周 D4、D3导通，i4＝i3 ，I＝ i4－i3 ＝0Ù2负半周 D1、D2导通，i2＝i1 ，I＝ i2－i1 ＝0i4i3i1i2i4i32)当Ù10时， （1）Ù1 、 Ù2同相’， Ù2正半周 D4、D3导通，D4回路M端电压Ù2’ ＋ Ù1” ，D3回路M端电压， Ù2’ - Ù1” , Ù2负半周 D1、D2导通，i1i22)当Ù10时， （2）Ù1 、 Ù2反相时， Ù2正半周 D4、D3导通，D4端电压Ù2’ － Ù1’’ ，D3端电压， Ù2’ ＋ Ù1’’ , Ù2负半周 D1、D2导通，i4i3i1i24－3 电涡流式传感器一、电涡流效应：产生电涡流的2个条件： 1）大块导体 2）变化的磁场金属或导体在交变的磁场中，导体内 部产生的感生电流。

问题5：何为电涡流？二、 基本结构和工作原理 1、构成1）探头：偏平线圈＋骨架高频反射式低频透射式2）类型L=L(σ,μ, f, x)Z=Z(σ,μ, f, x)Q=Q (σ,μ, f, x)→2、工作原理ACPoweri1iei23、等效电路设导体上的电涡流与coil 的互感系数为M，则M是,,f,x的函数L =L(,,f,x) Q =Q(,,f,x) Z=Z(,,f,x) Coil的等效电阻 和等效电感为：（unloaded ）问题6：M增大，L、Q、Z如何变化？三、 测量电路1、调频式电路克拉勃电容三点式振荡器问题7：L、Q、Z如何变为V、I、f？测量电路： 振荡器放大器 检波器2、定频调幅电路问题8：LC并联谐振时， 阻抗max or min？3、变频调幅电路电容三点式振荡器输出电压幅值、频率均发生变 化，此电路只考虑幅值变化、电路简单，成本低 ，而且灵敏度高、线性范围宽，被广泛使用4－4 压磁式传感器利用铁磁材料的压磁效应（磁弹性）原理设计 的sensor一、压磁效应 铁磁材料在磁场中（磁化）沿磁场方向伸长或 缩短的现象——磁致伸缩效应。

铁磁材料在外力作用下，其磁学性质变化的现 象——压磁效应压磁效应具体内容： • 材料受到压力，在平行于作用力方向 减小，在垂直于作用力方向增加； • 材料受到拉力，在平行于作用力方向 增加，在垂直于作用力方向减小 • 外力撤除后，复原 • 压磁效应与外磁场相关主要的压磁材料有： • 坡莫合金－Sn含量高，较贵 • 铁氧体－Sn含量较高，易脆 • 硅钢片－ Sn含量较高，常用二、 压磁sensor的结构和工作原理• 1、单方向磁导率变化的压磁sensor[补充]1）自感式F2）互感式Fuiuo2、双方向磁导率变化的压磁sensor问题9：不受作用力时3、4有 输出否？ 双向压磁sensor的结构和工作原理4－5 电感式传感器的应用一、测气体压力机械调零铁芯铁芯线圈衔铁线圈弹性气管二、 加速度计什么类的传感器？三、 测厚仪dd愈大，电涡流损 耗愈大，u2愈小测量范围：1-100 mm分辨力：100 nm线性度：1％四、 温度计感温元件 （导体）隔热衬底电涡流coil管架补偿coil原理：对导体随温度变化， 导致电涡流传感 器的L或Q发生变 化，通过测量电 路检测f或V来判 断温度变化。

五、测液位测液位测量 电路放大 电路报警 器继电 器水泵液位控制器电涡流传感器张力传感器作 业• 4-3 • 4-5。