2.3 电感式传感器(课件）-高二《传感器及应用》同步教学（机械工业版）

● 2.3 电感式传感器 ● 2.4 电涡流式传感器 解决问题： 1.电感式传感器能测量哪些物理量？ 2.自感式传感器的结构类型有哪些？各有什么特点？ 3.自感式传感器的测量电路有哪些？ 4.差动变压器的工作原理是什么？其特性如何？如何消除零点残余电压？ 5.差动变压器一般采用什么测量电路？ 6.什么是电涡流效应？电涡流传感器的结构是怎样的？ 7.电涡流传感器有什么特点？能测量哪些物理量？其应用注意事项是什么？ 8.电涡流传感器一般采用什么测量电路？ 1 2.3 电感式传感器 2 2.3.1 自感式传感器 自感式传感器的结构形式分为闭磁路（变气隙）型和开磁路（螺管）型两种。 1.变气隙式（闭磁路式）自感传感器 由铁心、线圈、衔铁、测杆及弹簧等组成。 （1）变气隙长度式电感传感器 电感L与l0气隙长度成反比，因此，其线性度差、示值范围窄、自由行程小，常用于直线小位移的测量，及结合弹性敏感元件构成压力传感器、加速度传感器等。 （H） 线圈的自感系数L与线圈的匝数N和两个空气间隙的参数之间的关系为 4 （2）变气隙截面式电感传感器 L与S0成正比。因此，变截面式传感器具有良好的线性度、自由行程大、示值范围宽，但灵敏度较低，通常用来测量比较大的直线位移和角位移。 （3）差动式结构 为了扩大示值范围和减小非线性误差，可采用差动结构，差动式有两个线圈L1和L2，将它们接在电桥的相邻臂，构成差动电桥，不仅可使灵敏度提高一倍，而且使非线性误差大为减小。 2.螺管式（开磁路式）自感式传感器 螺管式自感传感器在螺线管中插入圆柱形铁心而构成的。其磁路是开放的，气隙磁路占很长的部分。 6 3.电感传感器的转换电路 电感式传感器常用交流阻抗电桥和谐振电路实现信号转换。如图所示为交流阻抗电桥和变压器电桥，电桥的平衡也可用如图2-4d所示的电路来调节。 变压器电桥输出电压为： 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 7 1.差动变压器的结构与原理 若在差动螺管式自感传感器中间加一组一次侧线圈，即构成差动变压器两个绕组为二次侧绕组。 差动变压器的结构与原理图 a）结构与原理图 b）等效电路 1—一次侧线圈 2—二次侧线圈 3—衔铁 2.3.2 差动变压器 8 2.差动变压器的特性 （1）主要技术指标 WY系列差动变压器式位移传感器的主要技术指标见表。 0.1～1500 0.1～ 0.1～ 1～600 0.5～ 型号 线性量程 /mm 精度等级 /% 灵敏度 /(mV/mm) 激励电压 /V 电源频率 /kHz 动态频率 /Hz 温度漂移/(%°C) 负载阻抗 /kΩ 工作温度 /℃ WY 750 0.5；0.3；0.2； 0.1；0.05 0.5～20 5Vrms 1 0～200 0.025 20 -10～+170 9 （2）输出特性曲线 在线性范围内，输出电动势随衔铁正、负位移而线性增大。 （3）零点残余电压 由于工艺上的原因，差动变压器两个二次绕组不可能完全对称，其次由于线圈中的铜损、磁性材料的铁损和材质的不均匀性、线圈匝间分布电容的存在、以及导磁材料磁化特性的非线性引起电流波形畸变而产生的高次谐波，使励磁电流与所产生的磁通不同相，当位移x为零时输出电动势e不等于零，这个不为零的输出电动势称零点残余电压。 10 消除零点残余电压的方法：除了从设计和工艺上采取措施外，常采用相敏检波电路和适当的补偿电路（参阅第10章）。相敏检波电路不仅可以鉴别衔铁的移动方向，而且有利于消除零点残余电压，其特性如图2-17c所示。 差动变压器的输出特性 a)理想特性 b)零点残余电压 c)相敏检波后特性 11 （4）灵敏度与激励电源的关系 差动变压器的灵敏度用(mV/mm)/V来表示，它与激励电动势和频率有关。e1越大，灵敏越高。但e1过大，会使差动变压器线圈发热而引起输出信号漂移，e1常取3～8V；激励电源频率过高或过低都会使灵敏度降低，常选4～10kHz。 （5）灵敏度与二次绕组匝数的关系 二次绕组匝数越多，灵敏度越高，两者成线性关系。但是匝数增加，零点残余电压也随之变大。 12 3.差动变压器的差动整流电路 差动整流电路 a）全波电流输出 b）半波电流输出 c)全波电压输出 d）半波电压输出 13 $