3电感式传感器讲义.ppt
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2002/12总结 第3章 电感式传感器 3.1 自感式传感器 3.2 变压器式传感器 3.3 涡流式传感器 有关的电气参数 μ0 ——真空磁导率,μ0=4π×10-7(H/m))。 μe(μr)——相对(等效)磁导率,无单位的常数 Rm——磁路总磁阻,单位为1/亨(1/H)。 Rm∝C*L/s B ——磁感应强度, 特斯拉(T) H ——磁场强度,安培/米(A/m) W ——线圈匝数 Q ——电感线圈品质因数 第3章 电感式传感器 1.线圈电感L 由磁路基本知识可知,匝数为W的线圈电感为 第3章 电感式传感器 当线圈磁路具有小气隙时 式中? Rδ——气隙总磁阻。 第3章 电感式传感器 为了分析方便,需要将各种形式的线圈的电感L用统一的式子表达。为此,引入等效磁导率概念,即将线圈等效成一封闭铁心线圈,其磁路等效磁导率为μe,磁通截面积为S,空气间隙长度为l0,于是式(3-1)变为 ?????? ?????????????????????????????? (3-4) 式中,?μ0—真空磁导率,μ0=4π×10-7(H/m))。 3.1.1 自感式传感器的工作原理 3.1.1 自感式传感器的工作原理 3.1.1 自感式传感器的工作原理 3.1.2 灵敏度与非线性 3.1.2 灵敏度与非线性 2.变面积式自感传感器 若传感器的气隙长度l0保持不变,令磁通截面积随被测非电量而变(衔铁水平方向移动),即构成变面积式自感传感器。可得: 第3章 电感式传感器 可见,变面积式传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下,输出特性呈线性,因此可望得到较大的线性范围。与变气隙式相比较,其灵敏度较低。欲提高灵敏度,需减小lδ,但同样受到工艺和结构的限制。lδ值的选取与变气隙式相同。 3.1.3 等效电路 电感式传感器 上式表明,铁损的串联等效电阻Re′与L有关。因此,当被测非电量的变化引起线圈电感量改变时,其电阻值亦发生不希望有的变化。要减少这种附加电阻变化的影响,比值Re/ωL应尽量小,以使Re′ωL′,从而减小了附加电阻变化的影响。可见,在设计传感器时应尽可能减少铁损。 当考虑实际存在并联寄生电容C时,阻抗Zp为 变磁路式传感器 总的损耗电阻 ,品质因数 。 当Q1时,1/Q2可以忽略,式(4)可简化为 电磁式传感器 由式(3)、(4)、 (5) 、(6)知,并联电容C的存在,使有效串联损耗电阻与有效电感均增加,有效Q值下降并引起电感的相对变化增加,即有效灵敏度提高。 因此,从原理而言,按规定电缆校正好的仪器,如更换了电缆,则应重新校正或采用并联电容加以调整。 实际使用中因大多数变磁阻式传感器工作在较低的激励频率下(f≤10kHz),上述影响常可忽略,但对于工作在较高激励频率下的传感器(如反射式涡流传感器),上述影响必需引起充分重视。 3.1.4 转换电路 3.1.4 转换电路 一、调幅电路 图中Z1、Z2为传感器两线圈阻抗, Z为平衡时的阻抗, 为外接电阻,通常 。设工作时,Z1=Z+ΔZ Z2=Z-ΔZ ,电源电势为U,于是 由式(3-23)可见,电桥输出电压 包含着与电源 同相和正交的两个分量;而在实际使用时,希望只存在同相分量。通常由于 ,因此要求线圈有较高的Q值,这时 3.1.5 零点残余电压 3.1.6 自感式传感器的特点以及应用 3.1.6 自感式传感器的特点以及应用 3.2 变压器式传感器 3.2.1 工作原理 截面式差动变压器 3.2.2 等效电路及特性 3.2.2 等效电路及特性 3.2.2 等效电路及特性 3.2.3 差分变压器式传感器的测量电路 3.2.3 差分变压器式传感器的测量电路 3.2.3 差分变压器式传感器的测量电路 二、差分整流电路 3.2.4 零点残余电压的补偿 3.3.1 工作原理 M随它们之间的距离x减小而增大。加在线圈两端的激励电压为。根据基尔霍夫定律,可列出电压平衡方程组 由此可求得线圈受金属导体涡流影响后的等效阻抗为 由式(2)可见,由于涡流的影响,线圈阻抗的实数部分增大,虚数部分减小,因此线圈的品质因数Q下降。阻抗的变化部分为“反射阻抗”。由式(2)可得 (1)线圈等效电阻R=R1+R’2, 无论金属导体为何种材料,只要有电涡流就会有R’2, R’2会随着导体与线圈之间的距离X的减小而增大,因此,与RR1.
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