项目五 任务4 电感式传感器新（课件）- 《传感器与检测技术（第2版）》同步教学（北京理工版）

CONTENTS 项目五 位移的检测 任务3 电感式传感器用于物位的检测 1 CONTENTS 目标要求 1、了解电感式传感器的测量原理 2、学会利用电感式传感器进行电路的设计 3、掌握常用的测位传感器的应用 2 电感式传感器的测量原理 电磁感应 被测非电量 自感系数L 互感系数M 测量电路 U、I、f 电感式传感器 电感式传感器 自感式传感器 互感式传感器 电涡流式传感器 3 高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅 内 的 食 物。 4 气隙变小，电感变大，电流变小 F 5 自感式传感器的基本结构及工作原理 6 总磁阻 线圈匝数 两式联立得: δ 线圈 铁芯 衔铁 Δδ I 为线圈中所通交流电的有效值。 7 Rm= 式中: μ1——铁芯材料的导磁率;  μ2——衔铁材料的导磁率;  L1——磁通通过铁芯的长度;  L2——磁通通过衔铁的长度;  S1——铁芯的截面积;  S2——衔铁的截面积;  μ0——空气的导磁率; S0——气隙的截面积;  δ——气隙的厚度 δ 线圈 铁芯 衔铁 Δδ 8 通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻, 即 则式(4 - 3）可近似为 Rm = 当衔铁移动时, 气隙厚度δ发生改变, 引起磁路中磁阻变化, 从而导致电感线圈的电感值变化, 因此只要能测出这种电感量的变化, 就能确定衔铁位移量的大小和方向。 9 自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心和线圈。按磁路几何参数变化形式的不同，目前常用的有变气隙型、变面积型型两种。 10 自感式传感器的输出特性 自感式传感器的输出特性 气隙变化量Δδ越小，非线性失真越小，气隙δ0越小，灵敏度越高。因此该传感器只适用于微小位移的测量。为了减小非线性误差, 实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器。 11 差动式自感传感器 12 ΔL = ΔL1+ΔL2 差动式自感传感器 13 比较单线圈和差动两种变间隙式电感传感器的特性, 可以得到如下结论:  ① 差动式比单线圈式的灵敏度高一倍。 ②差动式的非线性失真小。  为了使输出特性能得到有效改善, 构成差动的两个变隙式电感传感器在结构尺寸、 材料、电气参数等方面均应完全一致。 14 （2）变面积式自感传感器 ★自感L与S成线性关系，这种传感器灵敏度较低 15 16 （4）自感式传感器的测量电路 电感式传感器的测量电路有交流电桥式、 交流变压器式以及带相敏检波的交流电桥等几种形式。 1、 交流电桥 设初始时 Z1= Z2= Z = jωL； Z3= Z4 = R ； L1= L2= L0 将ΔL=L0（Δδ/δ0）代入上式 电桥输出电压与Δδ有关。 17 2、变压器式交流电桥 桥路输出电压： 当传感器的衔铁处于中间位置, 即Z1= Z2=Z时有UO=0, 电桥平衡。 当传感器衔铁上移时, 即Z1=Z+ΔZ, Z2=Z-ΔZ, 此时 18 优点：这种电桥与电阻平衡电桥相比，元件少，输出阻抗小，桥路开路时电路呈线性； 缺点：电桥输出电压只能反映被测物体位移量的大小，不能反映位移量的方向。 19 基本测量电桥输出特性曲线 由于电路结构不完全对称，初态时电桥不完全平衡，因而产生静态零偏压，称之为零点残余电压，如图中实线所示，图中虚线为理想对称状态下的输出特性。 3、带相敏整流的交流电桥 20 相敏检波电路 相敏整流电路，把测量桥的交流输出转换为直流输出，而后用零值居中的直流电压表测量电桥的输出电压。 21 测量电桥引入相敏整流后，输出特性曲线通过零点，输出电压的极性随位移方向而发生变化，同时消除了零点残余电压，还增加了线 性度。 22 23 变气隙式电感测微仪 24 自感式电感传感器应用 1、测气体压力的传感器 25 自感式传感器的应用 变隙电感式压力传感器的结构图 26 差动变压器式传感器  把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感器称为互感式传感器。差动变压器结构形式较多, 有变隙式、 变面积式和螺线管式等, 但其工作原理基本一样. 27 28 差动变压器式传感器工