【课件】传感器与检测技术 电感式传感器.ppt

仪用放大器 第三章 电感式传感器 设差动电感传感器的线圈阻抗分别为Z1和Z2。当衔铁处于中间位置时，Z1=Z2=Z，电桥处于平衡状态，C点电位等于D点地位，电表指示为零。 当衔铁上移，上部线圈阻抗增大，Z1=Z+△Z，则下部线圈阻抗减少，Z2=Z-△Z。如果输入交流电压为正半周，则A点电位为正，B点电位为负，二极管V1、V4导通，V2、V3截止。在A-E-C-B支路中，C点电位由于Z1增大而比平衡时的C点电位降低；而在A-F-D-B支中中，D点电位由于Z2的降低而比平衡时D点的电位增高，所以D点电位高于C点电位，直流电压表正向偏转。 如果输入交流电压为负半周，A点电位为负，B点电位为正，二极管V2、V3导通，V1、V4截止，则在A-F-C-B支中中，C点电位由于Z2减少而比平衡时降低（平衡时，输入电压若为负半周，即B点电位为正，A点电位为负，C点相对于B点为负电位，Z2减少时，C点电位更负）；而在A-E-D-B支路中，D点电位由于Z1的增加而比平衡时的电位增高，所以仍然是D点电位高于C点电位，电压表正向偏转。 同样可以得出结果：当衔铁下移时，电压表总是反向偏转，输出为负。 可见采用带相敏整流的交流电桥，输出信号既能反映位移大小又能反映位移的方向。 3.4 应用举例 下图所示是一个测量尺寸用的轴向自感式传感器 测头 测杆 电感线圈 磁芯 下图是气体压力传感器和加速度计用传感器的结构原理图 气体压力传感器 加速度计用传感器 旁向式差动电感式传感器 总行程： 1.5mm 测量力：0.4～0.7N 示值变动性：0.2μm 轴向式差动电感式传感器 总行程： 3mm 测量力：0.45～0.65N 示值变动性：0.03μm 总行程：1.5mm 测量力：0.12～0.18N 示值变动性：0.05μm 特点：不仅可以测量微米级直径，而且通过其在孔内旋转和平移可以测量其椭圆度和圆柱度 被测孔内径范围:Ф25～Ф120mm 测量力：1.3±0.3N 示值变动性：1μm 特点：不仅可以测量微米级直径，还可以测量轴的椭圆度和圆柱度 被测轴直径范围:Ф25～Ф120mm 测量力：4±1.5N 示值变动性：1μm 电子卡规、塞规 轴向式差动变压器式传感器 总行程： 100mm 线性度：0.15% ?? 总行程： 2 ～ 7mm 测量力：0.9～1.2N 示值变动性：0.5μm * * 测量放大器由两级组成，两个对称的同相放大器构成第一级，第二级为差动放大器——减法器 - + A3 - + A1 - + A2 R1 R1 R2 R2 R3 R3 RG V1 V2 V4 V5 V3 V6 V0 IG 若R1=R2 １ 电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。因此根据转换原理，电感式传感器可以分为自感式和互感式两大类。 电感传感器的主要特征是具有电感绕组。 3.1工作原理 1.变间隙型 结构示意图如右图所示 原理分析 工作时衔铁与被测物体连接，被测 物体的位移将引起空气隙的长度发生变化。由于气隙磁阻的变化，导致了线圈电感量的变化。 3.1.1 自感式传感器 变间隙型电感传感器 线圈的电感可用下式表示： 式中，N为线圈匝数； Rm为磁路总磁阻。 对于变间隙式电感传感器，如果忽略磁路铁损，则磁路总磁阻为 式中，l1为铁心磁路长；l2为衔铁磁路长；A为截面积；μ1为铁心磁导率；μ2为衔铁磁导率；μ0为空气磁导率；δ为空气隙厚度。 因此有： 一般情况下，导磁体的磁阻与空气隙磁阻相比是很小的，因此线圈的电感值可近似地表示为 ? 衔铁下移 变气隙式自感传感器的输出特性 δ 衔铁 Δδ 忽略高次项： 衔铁上移 忽略高次项： 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。 差动气隙式电感传感器由两个相同的电感线圈Ⅰ、Ⅱ和磁路组成,