第3章电感式传感器详解.ppt

传感器原理与应用 第3章 电感式传感器 第3章 电感式传感器 电感式传感器是建立在电磁感应基础上，利用线圈自感或互感的改变来实现测量的一种装置。可以对线位移或角位移直接进行测量。常可由下列方法使线圈的电感变化 (1)改变几何形状； (2)改变磁路的磁阻； (3)改变磁芯材料的导磁率； (4)改变一组线圈的两部分或几部分间的耦合度。 第3章 电感式传感器 电感式传感器分类 第3章 电感式传感器 电感式传感器的优点如下 (1)结构简单。工作中没有活动电接触点，因而比电位器工作可靠，寿命长； (2)灵敏度高，分辨力高。能测出0.1 mm甚至更小的机械位移变化，能感受小至0.1角秒的微小角度变化； 第3章 电感式传感器 (3)输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、对工作环境要求不高。 电感式传感器的缺点如下 (1)频率响应差，不宜于快速动态测量； (2)存在交流零位信号(零位残余电压)。 第3章 电感式传感器 磁路与电路的对比如下表所示。 第3章 电感式传感器 第3章 电感式传感器 第3章 电感式传感器 3.1 自感式传感器 3.2 差动变压器式传感器 3.3 电涡流式传感器 3.4 压磁式传感器 3.5 应用举例 3.1 自感式传感器 自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心和线圈，其分类如下。 3.1 自感式传感器 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 3.1.2 变面积型自感传感器 3.1.3 等效电路 3.1.4 螺管型自感传感器 3.1.5 测量电路 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 1.工作原理 当衔铁上下移动时，磁路中气隙的磁阻发生变化，从而引起线圈自感的变化，这种变化与气隙大小相对应。 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 2.自感的计算及特性分析 (1)自感的计算 根据电感的定义，线圈的电感量可由下式确定 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 假设：①铁心磁路中的磁滞及涡流损耗不计；②不考虑集肤效应及边缘效应；③忽略绕组的漏磁。则总磁阻为 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 由于m1 、m2 m0，所以 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 (2)自感的特性分析 特性曲线如图所示。初始气隙记作d0，衔铁的位移量即气隙变化量记作Dd，对应的自感变化量记作DL1(或DL2)，衔铁处于起始位置时的电感值为 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 当衔铁上移Dd时，传感器气隙减小Dd，即d＝d0－Dd，则此时电感为 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 由上式可求得电感增量DL1和相对增量DL1/L0的表达式为 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 DL1和Dd的关系是非线性的。减小非线性的方法如下 ①减小Dd ，但测量范围也减小； ②增加d0 ，但灵敏度降低。 仅取线性项，得 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 当d0增加时，灵敏度下降。即非线性与灵敏度相矛盾，也就与测量范围相矛盾。所以变气隙式电感传感器一般用于测量微小位移，常取Dd/d0 ＝0.1～0.2。 为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变气隙式电感传感器。 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 当衔铁向上移动Dd时，上面线圈的电感L1由式(3.6)给出，下面线圈的电感则为 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 灵敏度为 3.1 自感式传感器 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 3.1.2 变面积型自感传感器 3.1.3 等效电路 3.1.4 螺管型自感传感器 3.1.5 测量电路 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压 3.1.2 变面积型自感传感器 变面积型自感传感器如图所示。其气隙长度d 保持不变，磁通截面积随被测量而变。 3.1.2 变面积型自感传感器 通过设计合理的结构，由式(3.3) 3.1 自感式传感器 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理 3.1.2 变面积型自感传感器 3.1.3 等效电路 3.1.4 螺管型自感传感器