5.1 电位器式传感器、5.2 电感式传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（电工版）

5 位移与物位传感器 （Displacement and Level Sensor） 飞机刚体位移+机翼刚体转动+机体应变位移（形变） 飞行过程中的位移相关变化？ 刚体位移（rigid-body motion） 刚体转动（rotation ） 应变位移（Strain deformation） 刚性位移，相对位移不发生变化 位移：物体(质点)的位置变化是位置的函数； 相对位移，弹性体内部点之间的相对位移发生改变。 5 位移与物位传感器 5.1 电位器式传感器 5.2 电感式传感器 5.3 电容式传感器 5.4 超声波传感器 5.5 数字式位置传感器 5.6 接近开关 5.1 电位器式位移传感器 一、电位器式传感器的工作原理 5 (5.1.1) 5.1 电位器式位移传感器 图5.1.1（a） 电位器式线位移传感器 5 6 图5.1.1（b） 电位器式角位移传感器 5.1.2 电位器式传感器的特点 电位器式传感器具有一系列优点，如结构简单、尺寸小、重量轻、精度高、输出信号大、性能稳定并容易实现任意函数； 其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容易磨损、动态响应慢、耐振动差；易磨损；对外来物敏感；不适合苛刻温度环境。 适合测量缓变物理量，可测量几~几百毫米（线）位移或0~3600角位移。 7 5.1.3 电位器式位移传感器应用 汽车油量检测仪 5.1.3 电位器式位移传感器应用 5 位移与物位传感器 5.1 电位器式传感器 5.2 电感式传感器 5.3 电容式传感器 5.4 超声波传感器 5.5 数字式传感器 5.6 接近开关 5.2 电感式传感器 5.2.1 自感式传感器 5.2.2 差动变压器式传感器 5.2.3 电涡流式传感器 2024/1/8 13 电感传感器的基本工作原理演示 气隙变小，电感变大，电流变小 F 工作原理 线圈自感 Ψ——线圈总磁链,单位：韦伯； I——通过线圈的电流，单位：安培； W——线圈的匝数； Rm——磁路总磁阻，单位：1/亨。 5.2.1 自感式传感器 l i ——各段导磁体的长度； U i——各段导磁体的磁导率； S i ——各段导磁体的截面积； δ ——空气隙的厚度； U0 ——真空磁导率 S ——空气隙截面积 变气隙型传感器 变截面型传感器 线圈中放入圆形衔铁 可变自感 螺管型传感器。 上一页 返 回 下一页 a)气隙型 b)截面型 c)螺管型 自感式传感器原理图 变隙式自感传感器 灵敏度 上一页 返 回 下一页 对式（5.2.13）作线性化处理，忽略高阶无穷小，可得： 非线性误差 变气隙型电感传感器的最大优点是灵敏度高，其主要缺点是线性范围小， 自由行程小，制造装配困难，互换性差，因而限制了它的应用 δ L （b）L-δ关系曲线 变截面式自感传感器 传感器气隙长度保持不变，令磁通截面积随被测非电量而变，设铁芯材料和衔铁材料的磁导率相同，则此变面积自感传感器自感L为 灵敏度 变面积式自感传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下，输入与输出呈线性关系,因此可望得到较大的线性范围。 但是与变气隙式自感传感器相比，其灵敏度降低。 上一页 返 回 下一页 S L L-S关系曲线 螺线管式自感传感器 1-螺线管线圈Ⅰ； 2-螺线管线圈Ⅱ； 3-骨架； 4-活动铁芯 实际上由于线圈内部的磁场是不均匀的，电感量的增量ΔL与△lc存在着非线性。但当衔铁的位移不大时，仍可将ΔL与△lc的关系近似看作是线性的。 上一页 返 回 下一页 2024/1/8 19 差动电感传感器的特点 在变隙式差动电感传感器中，当衔铁随被测量移动而偏离中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形成差动形式。 请分析：灵敏度、 线性度有何变化 曲线1、2为L1、L2 的特性，3为差动特性 1-差动线圈 2-铁心 3-衔铁 4-测杆 5-工件 图5.2.9 电感电桥 自感式传感器的转换电路 图5.2.10 差动自感式传感器的变压器电桥 在实际测量时，△R／R0一般都很小，故要求电感线圈有较大的Q值。当Q值很大时 当电感线圈的Q值较大时， 2024/1/8 21 转换电路 若仅采用电桥电路和普通的检波电路，则只能判别位移的大小，却无法判别输出的相位和位移的方向。 如果在输出电压送到指示仪前，经过一个能判别相位的检波电路，则不但可以反映位移的大小（的幅值），还