第四章、電感式傳感器

1、電感式傳感器的感測(cè)量：電感式傳感器的感測(cè)量： 位移、振動(dòng)、壓力、應(yīng)變、流量、比重等。電感式傳感器的種類：電感式傳感器的種類： 根據(jù)轉(zhuǎn)換原理：自感式、互感式、電渦流式 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式：氣隙型、面積型和螺管型。第第4章章 電感式傳感器電感式傳感器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠 分辨率高機(jī)械位移0.1m，甚至更小；角位移0.1角秒。 輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度可達(dá)數(shù)百mV/mm 。 重復(fù)性好，線性度優(yōu)良在幾十m到數(shù)百mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線性度較好，且比較穩(wěn)定。 能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制存在交流零位信號(hào)，不宜高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。電感式傳感器的特點(diǎn)電感式傳感器的特點(diǎn)第第4章章 電感式傳感器電感式傳感器 4.1

2、變磁阻式電感傳感器變磁阻式電感傳感器4.2 差動(dòng)變壓器式電感傳感器差動(dòng)變壓器式電感傳感器4.3 電渦流式傳感器電渦流式傳感器4.4 電感式傳感器的應(yīng)用電感式傳感器的應(yīng)用4.1.1 變磁阻式傳感器工作原理變磁阻式傳感器工作原理4.1.2 變磁阻式傳感器基本類型變磁阻式傳感器基本類型4.1.3 變截面式自感傳感器輸出特性變截面式自感傳感器輸出特性4.1.4 變間隙式自感傳感器輸出特性變間隙式自感傳感器輸出特性4.1.5 差動(dòng)式自感傳感器差動(dòng)式自感傳感器4.1.6 自感式傳感器的等效電路自感式傳感器的等效電路4.1.7 自感式傳感器的測(cè)量電路自感式傳感器的測(cè)量電路4.1.8 零點(diǎn)殘余電壓零點(diǎn)殘余電壓

3、4.1 變磁阻式電感傳感器變磁阻式電感傳感器4.1.1、變磁阻式傳感器工作原理、變磁阻式傳感器工作原理 變磁阻式變磁阻式傳感器是利用線圈自感量的變化來實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。又稱為自感式電感自感式電感。 鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料做成，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。被測(cè)量變化時(shí)，銜鐵產(chǎn)生位移，磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感量變化。 只要能測(cè)出電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。由電感的定義由磁路歐姆定律u 氣隙截面積 S0 保持不變，則 L 為的單值函數(shù)，構(gòu)成變氣隙厚度式自感傳感器。u 保持氣隙間距不變，則 L 為 S0 的單值函數(shù)，構(gòu)成變氣隙面積式自感傳感器。 上式表明，當(dāng)線圈匝數(shù)為常數(shù)時(shí)，電

4、感 L 僅僅是和 S0 的函數(shù)。目前使用最廣泛的是變氣隙厚度式電感傳感器。 4.1.2 變磁阻式傳感器基本類型變磁阻式傳感器基本類型變磁阻式傳感器即自感式電感傳感器的基本類型：（1）變氣隙厚度式）變氣隙厚度式（2）變氣隙面積式）變氣隙面積式（3）螺管式）螺管式4.1.3 變截面式自感傳感器輸出特性變截面式自感傳感器輸出特性L與S 成線性關(guān)系。當(dāng)傳感器截面增加S時(shí)，則輸出電感為K0 與 S0 的成反比關(guān)系。輸出電感靈敏度輸出電感靈敏度:4.1.4 變間隙式自感傳感器輸出特性變間隙式自感傳感器輸出特性氣隙厚度0時(shí)自感系數(shù)當(dāng)銜鐵上移時(shí)，當(dāng)銜鐵上移時(shí)，同理，當(dāng)銜鐵向下移動(dòng)時(shí)，有 忽略高次項(xiàng)近似線性處理

5、根據(jù)電感變化既可確定銜鐵位移量的大小又可確定方向?yàn)榱藴p小非線性誤差，實(shí)際測(cè)量中廣泛采用差動(dòng)變隙式電感傳感器。 變間隙式電感傳感器的測(cè)量范圍與靈敏度及線性度相矛盾，因此變間隙式電感式傳感器適用于測(cè)量微小位移的場(chǎng)合。動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍：0.001 1mm。電感靈敏度：4.1.5 差動(dòng)式自感傳感器差動(dòng)式自感傳感器 在實(shí)際使用中，常采用兩個(gè)相同的傳感線圈共用一個(gè)銜鐵，構(gòu)成差動(dòng)式自感傳感器。差動(dòng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：（1）改善線性、提高靈敏度外；（2）補(bǔ)償溫度變化、電源頻率變化等的影響，從而減少了外界影響造成的誤差。4.1.6 自感式傳感器的等效電路自感式傳感器的等效電路 從電路角度看，電感式傳感器的線圈并非是純電感，

6、該電感由有功分量和無功分量?jī)刹糠纸M成。有功分量包括： 線圈線繞電阻和渦流損耗電阻及磁滯損耗電阻，這些都可折合成為有功電阻，其總電阻可用R來表示；無功分量包含： 線圈的自感L, 繞線間分布電容，為簡(jiǎn)便起見可視為集中參數(shù)，用C來表示。電感式傳感器的等效電路電感式傳感器的等效電路4.1.7 自感式傳感器的測(cè)量電路自感式傳感器的測(cè)量電路4.1.7 自感式傳感器的測(cè)量電路自感式傳感器的測(cè)量電路電感式傳感器的測(cè)量電路： 交流電橋、變壓器式交流電橋以及諧振式等。1、交流電橋式測(cè)量電路、交流電橋式測(cè)量電路差動(dòng)式電感傳感器的兩線圈Z1和Z2，另兩個(gè)橋臂為純電阻R。設(shè)Z是銜鐵在中間位置時(shí)線圈的復(fù)阻抗，則 Z1=Z

7、+Z1 Z2=Z-Z2設(shè)：高品質(zhì)因數(shù)Q=L/R的電感式傳感器 電橋輸出電壓大小與銜鐵位移量有關(guān)，相位與銜鐵移動(dòng)方向有關(guān)。U0L/mH/mmL043211234-曲線1、2為兩線圈各自電感特性；曲線3為兩線圈差接時(shí)的電感特性；曲線4為差接后電橋輸出電壓與銜鐵 位移的特性曲線。2、變壓器式交流電橋、變壓器式交流電橋 當(dāng)銜鐵上下移動(dòng)相同距離時(shí)，電橋輸出電壓大小相等而相位相反。要判斷銜鐵方向需要經(jīng)過相敏檢波電路的處理。3、諧振式測(cè)量電路、諧振式測(cè)量電路諧振式調(diào)幅電路；諧振式調(diào)頻電路諧振式調(diào)幅電路；諧振式調(diào)頻電路（1）諧振式調(diào)幅電路）諧振式調(diào)幅電路 電壓的頻率與電源頻率相同，而幅值隨著電感L而變化。 輸

8、出電壓與電感的關(guān)系曲線中L0為諧振點(diǎn)電感值，電路靈敏度很高， 但線性差，適用于線性度要求不高的場(chǎng)合。（2）諧振式調(diào)頻電路）諧振式調(diào)頻電路 傳感器電感L的變化引起輸出電壓頻率的變化。根據(jù)Uo頻率的大小即可測(cè)出被測(cè)量的值。 頻率與電感變化之間具有嚴(yán)重的非線性關(guān)系，適用于線性度要求不高的場(chǎng)合。4.1.8 測(cè)量電路的零點(diǎn)殘余電壓測(cè)量電路的零點(diǎn)殘余電壓 電感式傳感器測(cè)量電橋電路，當(dāng)兩線圈的阻抗相等，即Z1=Z2時(shí)，電橋平衡，輸出電壓為零。但在實(shí)際使用中輸入量為零時(shí)，電橋有一個(gè)不平衡輸出電壓Uo ，稱為零點(diǎn)殘余電壓。 傳感器阻抗是一個(gè)復(fù)阻抗，為了達(dá)到電橋平衡，就要求兩線圈的電阻相等，兩線圈的電感也要相等。這種情況是不能精確達(dá)到的。動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍：動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍：1mm分分 辨辨 率：率：1