电感传感器课件.ppt

2002/12总结*電感式感測器下頁返回電感式感測器是基於電磁感應原理工作的。它將被測參數的變化轉換為線圈的自感係數L或互感係數M的變化。圖庫可以用來測量位移、振動、壓力、流量、重量、力矩、應變等多種物理量。電感式感測器的核心部分是可變自感或可變互感，在被測量轉換成線圈自感或互感的變化時，一般要利用磁場作為媒介或利用鐵磁體的某些現象。這類感測器的主要特徵是具有線圈繞組。3.1.1自感式感測器的工作原理這類感測器是將被測位移轉換為線圈自感係數的變化，常見的結構有變氣隙式和變截面積式（屬於可變磁阻式）。圖3-l變氣隙式感測器結構原理圖線圈的電感值L可按下式計算：——線圈匝數——磁路總磁阻如果氣隙厚度較小，且不考慮磁路的鐵損，則總磁阻可表示為3.1.1自感式感測器的工作原理通常導磁體的磁阻與氣隙的磁阻相比很小，計算時可以忽略。因此線圈的電感值可以表示為下頁上頁返回圖庫圖3-2變截面積型自感式感測器圖3-3差動自感式感測器從上式可知，此時電感L與氣隙成非線性，改善非線性可以採用差動結構或者縮小測量範圍的方法，因此變氣隙型適合小位移（0.001－1mm）的檢測。3.1.1自感式感測器的工作原理下頁上頁返回圖庫Flash動畫演示:氣隙型自感式感測器的工作原理截面型自感式感測器的工作原理（a)截面型自感式感測器的工作原理(b)差分結構自感式感測器的工作原理3.1.2靈敏度與非線性根據定義來分析靈敏度、線性度（非線性誤差）：從提高靈敏度的角度看，初始空氣隙l0距離應儘量小。其結果是被測量的範圍也變小。同時，靈敏度的非線性也將增加。如採用增大空氣隙等效截面積和增加線圈匝數的方法來提高靈敏度，則必將增大感測器的幾何尺寸和重量。差動結構的靈敏度、非線性誤差分析：由此可見差動式感測器其靈敏度與單極式比較提高一倍，非線性大大減小。下頁上頁返回圖庫3.1.3等效電路自感式感測器常採用鐵磁體作為鐵心，所以感測器的線圈從電路角度來看並非純電感，它既有線圈的銅損，又有鐵芯的渦流及磁滯損耗，一個電感線圈的完整等效電路可用圖3-4表示。圖3-4電感線圈等效電路式中Rm---磁路總磁阻；Zm---鐵芯部分的磁阻抗；Z0--空氣隙的磁阻抗。下頁上頁返回圖庫3.1.4測量電路自感式感測器實現了把被測量的變化轉變為電感量的變化。為了測出電感量的變化，同時也為了送入下級電路進行放大和處理，就要用轉換電路把電感變化轉換成電壓(或電流)變化。交流電橋是可變磁阻式電感感測器的主要測量電路。交流電橋的形式很多，下麵介紹使用較為普遍的兩種電橋：變壓器電橋和橋式相敏整流電路。變壓器電橋橋式相敏整流電路下頁上頁返回圖庫3.1.5零點殘餘電壓在電橋預平衡時，無法實現平衡，最後總要存在著某個輸出值ΔU0，這稱為零點殘餘電壓，如圖3一10所示。圖3-10U0-l特性它的存在使得感測器輸出特性在零點附近的範圍內不靈敏，限制了分辨力的提高。其值太大，將使感測器線性度變壞，靈敏度下降，甚至會使放大器飽和，堵塞有用信號通過，致使儀器不再反映被測量的變化。因此零點殘餘電壓是衡量感測器性能的主要指標之一。對它進行認真分析，找出減小的方法，是很重要的。下頁上頁返回圖庫3.1.5零點殘餘電壓產生的原因：①感測器的等效參數（電氣參數和磁路參數）不可能完全相等；②供電電源引入的高次諧波和工頻干擾。如何消除？①在設計及製造時，對材質的選擇、加工工藝等方面力求保證磁路、線圈、結構等的均勻一致。②線上路中加入補償措施。3.1.6自感式感測器的特點以及應用自感式感測器有如下幾個特點：①靈敏度高，最高分辯力達0.1μm（線位移）；②分辨力與測量範圍有關，測量範圍大，分辨力低，測量範圍小，分辯力高，所以適用於測量較小位移；③輸出信號比較大，在某些情況下可不經過放大直接接二次儀錶；④對激勵電源的頻率和幅度的穩定度要求較高⑤感測器本身的頻率回應不高，不適於快速動態測量。圖3-11測氣體壓力的電感感測器圖3-12壓差感測器下頁上頁返回圖庫3.2變壓器式感測器這類感測器是將被測位移轉換為感測器的初級線圈與次級線圈