第5章 电感式传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学·2021）

传感器与检测技术 工程检测技术 电感式传感器 工作原理——改变线圈的自感或互感来测量物理量的传感器 结构特点 优点 缺点 工程检测技术 电感式传感器 分类 工程检测技术 自感式传感器 结构 ？ 线圈 铁芯 衔铁 工程检测技术 自感式传感器 （衔铁不动，气隙长度为 ） 工程检测技术 自感式传感器 衔铁上移 当 <<1时 工程检测技术 自感式传感器 衔铁上移 <<1 条件 衔铁下移 灵敏度 工程检测技术 自感式传感器 工程检测技术 自感式传感器 图4-3 截面型自感式传感器 工程检测技术 自感式传感器 非线性有多大？ 理想特性 实际特性 非线性误差 非线性误差与气隙相对变化量成正比！ 工程检测技术 自感式传感器 图4-4 差动自感式传感器 工程检测技术 自感式传感器 总电感变化量 工程检测技术 自感式传感器 结论： （1）电感的变化与气隙变化之间程非线性关系， 非线性程度随δ / δ0 的增大而增加； （2）为保证一定的线性精度，传感器只能工作在 很小的区域，用于微小位移的测量。 工程检测技术 差动式电感传感器 结论： （3）差动式电感传感器的灵敏度比单线圈电感提高了一倍； （4）差动式电感传感器的非线性失真比单线圈电感小。 工程检测技术 螺管型自感传感器 线圈 衔铁 lr l ra r 式中： 0—真空导磁率 r —铁芯相对导磁率 灵敏度为： 螺管型自感传感器的衔铁移动范围大，但灵敏度较低。 工程检测技术 转换电路 将电感变化转换为电压（电流）的幅值、频率、相位的变化 1.调幅电路 2.调频电路 3.调相电路 工程检测技术 转换电路 图3-5 交流电桥的一般形式及等效电路 工程检测技术 转换电路 图4-6 交流电桥的两种实用形式 (a) 电阻平衡臂电桥 (b)变压器电桥 工程检测技术 转换电路 Z1、Z2为差动传感器 被测量为0时，Z1=Z2=Z 传感器工作时， Z1=Z+ΔZ Z2=Z-ΔZ 线圈品质因数为 工程检测技术 转换电路 >>1 考虑 工程检测技术 转换电路 被测量为0时，Z1=Z2=Z 传感器工作时， Z1=Z+ΔZ Z2=Z-ΔZ 工程检测技术 转换电路 衔铁上移时， Z1=Z+ΔZ Z2=Z-ΔZ 衔铁下移时， Z1=Z-ΔZ Z2=Z+ΔZ 工程检测技术 转换电路 衔铁上移时， UGH>0 衔铁下移时， UGH<0 工程检测技术 转换电路 图4-7 谐振式调幅电路 工程检测技术 转换电路 图4-8 调频电路 工程检测技术 转换电路 图4-9 调相电路 工程检测技术 转换电路 正弦交流信号符号的表示 以电压、电流为例： －有效值； －幅值； －瞬时值； －有效值向量； 工程检测技术 零点残余电压 零点残余电压 正常情况——衔铁处于中间位置时，输出电压为零； 实际情况——使用桥式电路时，在零点仍有微小电压 输出。 图4-10 U0-l特性 1 2 uSC ～u z3 z4 工程检测技术 误差分析 零点残余电压产生原因： 1.两传感器参数、尺寸不同； 2.导磁材料不均质，磁路存在非线性； 3. 线圈间存在寄生电容； 4.供电电源中含高次谐波； 5. 工频干扰。 工程检测技术 自感式传感器应用 图4-11 测气体压力的电感传感器 图4-12 压差传感器 工程检测技术 变压器式传感器 图3-13 气隙型差动变压器式传感器 图3-14 截面积型差动变压器式传感器 工程检测技术 变压器式传感器 图3-15 差动变压器式 传感器等效电路 工程检测技术 变压器式传感器 其中： 工程检测技术 变压器式传感器 考虑到： 工程检测技术 变压器式传感器 灵敏度： 工程检测技术 变压器式传感器 结论： 1.供电电源必须是稳幅稳频的； 2.W2/W1比值越大，灵敏度越高； 3. 初始气隙不宜过大； 4.供电电源频率的选取要适中，在2kHz-8kHz； 5.副边负载应接高阻抗电路。 工程检测技术 变压器式传感器 图3-16 输出信号的幅频、相频特性曲线 工程检测技术 变压器式传感器 结论： 1.供电电源必须是稳幅稳频的； 2.W2/W1比值越大，灵敏度越高； 3. 初始气