第4章 电感式传感器.ppt

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1、12被测物理量被测物理量位移位移振动振动压力压力流量流量比重比重的变化的变化传感器传感器自感系数自感系数 L互感系数互感系数 M的变化的变化电路电路电压电压电流电流3456 78q根据电工学，线圈中根据电工学，线圈中的电感量为：的电感量为：磁路的总磁阻线圈匝数式中：mmRWRWL29气隙衔铁铁芯RRRRmAALRniiiim012Li 各导磁体长度各导磁体长度 空气隙间隙空气隙间隙 i 各导磁体相对导磁率各导磁体相对导磁率 0 空气隙导磁系数空气隙导磁系数 Ai 各导磁体截面积各导磁体截面积 A 空气隙截面积空气隙截面积 10因为因为 铁芯铁芯、衔铁衔铁 气隙气隙所以所以 R铁芯铁芯+R衔铁衔

2、铁R气隙气隙 ARm02),(20022AfAWRWLm),(20022AfAWRWLm2022AWddLS 0=0.10.5mm=(0.10.2)0A),(20022AfAWRWLm常数202WdAdLS 01315q差动变气隙式传感器的结构原理如图。q差动变气隙式传感器的衔铁位移时，可以使两个线圈的间隙按0+,0变化，一个线圈自感增加，另一个线圈自感减小。将两线圈接于电桥相邻桥臂时，其输出灵敏度可提高1倍，并改善了线性特性。174231ZZZZ)(42)(314231jjezzezz各阻抗的阻抗角、各阻抗的模、式中：4231423142314231zzzzzzzzq 如图所示为变压器电桥，

3、输出电压uo为：221212212uzzzzuuzzzuuucaoq 电感线圈得复数阻抗为Z=r+jL，若r L，得：0121020102042)()()()(LLLuuLLLLLLLLuoq 当衔铁向相反方向移动时，则：0124LLLuuo)cos(cccctUutUussscosttmUtUucsccaacos)cos1(costUmtUmtUttmUtUttmUtUusccscccccsccccsccaa)cos(2)cos(2coscoscoscoscos)cos1(cos252728q互感型传感器是利用电磁感应中的互感现象，如图所示。当线圈W1输入交流电流il时，线圈W2产生感应电动

4、势e12，其大小与电流il的变化率成正比，即两线圈之间的互感式中：MdtdiMe11229q 互感型传感器就是利用这一原理，将被测位移量转换成线圈互感的变化。这种传感器实质上是一个输出电压可变的变压器。当变压器初级线圈输入稳定交流电压后，次级线圈便产生感应电压输出，该电压随被测量的变化而变化。由于常常采用两个次级线圈组成差动式，故又称为差动变压器式传感器。其结构形式有多种，以螺管型应用较为普遍。q 互感型传感器主要由线圈、铁心和活动衔铁三个部分组成。线圈包括一个初级线圈和两个反接的次级线圈，当初级线圈输入交流激励电压时，次级线圈将产生感应电动势e1和e2。q 由于两个次级线圈极性反接，因此，传

5、感器的输出电压为两者之差，即e0 e1e2。q 次级线圈中的感应电势为：次级线圈中的感应电势为：dtdiMeq 活动衔铁能改变线圈之间的活动衔铁能改变线圈之间的耦合程度。输出耦合程度。输出e0的大小随活的大小随活动衔铁的位置而变。当活动动衔铁的位置而变。当活动衔铁的位置居中时即衔铁的位置居中时即e1=e2，e00；当活动衔铁向上移时，；当活动衔铁向上移时，即门即门e1e2,e0 0；当活动衔；当活动衔铁向下移时铁向下移时,即即e1e2,e0 0。活动衔铁的位置往复变化，活动衔铁的位置往复变化，其输出电压其输出电压e0也随之变化也随之变化，输，输出特性如图所示。出特性如图所示。q 上图是一种用于

6、小位移测量的差动相敏检测电路工作原理，当没有信号输入时，铁心处于中间位置，调节电阻R，使零点残余电压减小；当有信号输入时，铁心移上或移下，其输出电压经交流放大、相敏检波、滤波后得到直流输出，由表头指示输入位移量的大小和方向。33343536q可变磁阻式电感传感器一般用于静态和动态的接触测量。它主要用于位移测量，也可以用于振动、压力、负荷、流量和液位等参数测量。当它用于精密小位移测量时，一般约为0.001mm1mm。q差动变压器式传感器常用于测量位移、压力、压差、液位等参数。差动变压器式传感器具有精确度高(高到0.1 m数量级)，线性范围大(可扩大到100mm)，结构简单稳定性好等优点，被广泛应

7、用于直线位移及其他压力、振动等参量的测量。3940q一块金属板置于一只线圈的附近，相互间距为。当线圈中有一高频交变电流i通过时，便产生磁通。此交变磁通通过邻近的金属板，金属板上便产生感应电流i1。这种电流在金属体内是闭合的，称之为“涡电流”或“涡流”。q这种涡电流也将产生交变磁通1。根据楞次定律，涡电流的交变磁场与线圈的磁场变化方向相反，1 总是抵抗的变化。由于涡流磁场的作用(对导磁材料还有气隙对磁路的影响)使原线圈的等效阻抗z发生变化，变化程度与距离有关。42q 分析表明影响高频线圈阻抗Z的因素，除了线圈与金属板间距离以外，还有金属板的电阻率，磁导率以及线圈激磁角频率 等。当改变其中某一因素时，即可达到不同的变换目的。例如，变化，可作为位移、振动测量；变化 或 值，可作为材质鉴别或探伤等。43线圈上通交变高频电流线圈上通交变高频电流线圈产生高频交变磁场线圈产生高频交变磁场产生高频交变涡流产生高频交变涡流涡流产生反磁场涡流产生反磁场阻碍线圈电流交换作用阻碍线圈电流交换作用等效于等效于L或阻抗的改变或阻抗的改变4445LCf210474950 可测钢材压延时压可测钢材压延时压滚温度，液、气态介质滚温度，液、气态介质温度，且测温时有一个温度，且测温时有一个很大的特点是热惯性小很大的特点是热惯性小（约（约0.001s），动态响），动态响应好，能做快速测温工应好，能做快速测温工作。作。