传感器技术课件-电感式传感器.pptx

电感元件电感元件被测信息输出信息敏感元件转换元件信号调理电路辅助电源4.3 电感式传感器把被测量转换为电感变化的一种传感器基于电磁感应原理，把被测量（如位移、振动、压力、应变、流量、比重等）转化为电感线圈的自感系数或互感系数变化的装置 第1页，共47页。变磁阻式变间隙式电感式传感器自感型变面积式互感型螺线管式常为差动变压器式 涡流式【自感L】电路中因自身电流变化而引起感应电动势的现象 。用自感系数来表示器件（如线圈）在自感现象方面的特性，代号L。【互感M】由于一个电路中电流变化，而在邻近另一个电路中引起感生电动势的现象 。用互感系数来表示器件在互感现象方面的特性，代号M。第2页，共47页。线圈铁芯δΔδ衔铁1.自感式传感器---变磁阻式 传感器由线圈、铁心和衔铁组成。工作时衔铁与被测物体连接，被测物体的位移引气隙磁阻的变化，导致了线圈电感量的变化。第3页，共47页。线圈铁芯δΔδ衔铁如果空气隙较小，且忽略磁路铁损时，磁路总磁阻为：因此有：由于电感传感器的铁心一般工作在非饱和状态下，其导磁率远大于空气隙的导磁率，因此铁心磁阻远较气隙磁阻小，因此：第4页，共47页。变间隙式变面积式L与气隙?成反比，与气隙导磁面积A0成正比。 1）自感传感器类型:第5页，共47页。变面积式传感器灵敏度为： 变面积型自感传感器的自感与面积成线性关系，但这种传感器的灵敏度较低。第6页，共47页。x变间隙式传感器灵敏度为： 气隙 ? 愈小，则灵敏度S愈高。由于S不是常数，会产生非线性误差，因此这种传感器常规定在较小气隙变化范围内工作。由于气隙变化甚小，即??远小于?0时（一般要求小于10倍以上），S进一步近似为：此时S可近似为常数。因此，这种传感器一般只适用于大约0.001－1mm范围的小位移测量。对于变间隙式,改善非线性，提高灵敏度的方法如下:接成差动型第7页，共47页。l螺旋管r铁心x单线圈螺管型传感器结构图根据结构形式，自感传感器可分为：气隙型、螺线管螺 管 式rc螺管型电感传感器的衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈电感量也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度有关。第8页，共47页。可以看出，插入铁芯后，线圈电感的增量和相对增量均与铁芯的插入深度 X 成正比。如果螺管内磁场强度均匀分布的范围大，就可以获得较大的线性位移传感器。这种传感器结构简单、制造容易，但灵敏度低，适用于较大位移测量。为了提高灵敏度和线性度，常采用差动螺管式电感传感器。第9页，共47页。三种类型比较： 变间隙型：气隙型自感传感器灵敏度高，它的主要缺点是非线性严重，为了限制线性误差，示值范围只能较小；它的自由行程小，因为衔铁在运动方向上受铁心限制，制造装配困难。变面积型：灵敏度较低，优点是具有较好的线性，因而测量范围可取大些。螺管型：灵敏度比变面积型的更低，但示值范围大，线性也较好，得到广泛应用。第10页，共47页。2）差动式自感传感器:在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁，构成差动式自感传感器，两个线圈的电气参数和几何尺寸要求完全相同。这种结构除了可以改善非线性、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，从而减少了外界影响造成的误差。第11页，共47页图是变气隙型及螺管型的差动式自感传感器的结构示意图。当衔铁3移动时，一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减少，形成差动形式。（a） 变气隙型（c） 螺管型1-线圈 2-铁芯 3-衔铁 4-导杆第12页，共47页。忽略高次项：提高一倍变气隙型差动式自感传感器衔铁下移：上式中不存在偶次项，显然差动式自感传感器的非线性误差在±Δδ工作范围内要比单个自感传感器的小得多。 第13页，共47页。rΔlc2lcx2l线圈Ⅱ线圈Ⅰ134较大行程的位移测量,常利用差动螺管式自感传感器将两差动电感接入交流电桥的相邻桥臂差动式螺管式传感器是一种开磁路的电感传感器，磁路中相当部分是空气，无明显的边界，因此分析复杂。主要特点是可构成较长的线性区，用于测量大线位移。缺点是灵敏度比变气隙传感器低，体积较大。第14页，共47页。2.自感式传感器---涡流式何谓涡流？在许多电工设备中都存在大块导体(如发电机和变压器的铁心和端盖等)。当这些大块导体处在变化的磁场中或在磁场中切割磁力线时，其内部都会感应出电流。这些电流的特点是：在大块导体内部自成闭合回路，呈旋涡状流动。因此，称之为涡旋电流，简称涡流。例如，含有圆柱导体芯的螺管线圈中通有交变电流时，圆柱导体芯中出现的感应电流或涡流，如图所示。 当交变电流通过导线时，感应电流（涡流）将集中在导体表面流通，尤其当频率较高时，此电流几乎是在导体表面附近的一薄层中流动，这就是所谓的集肤效应现象。第15页，共47页。交变