電感式傳感器2-1課件

電感式傳感器電磁感應(yīng)

被測非電量自感系數(shù)L互感系數(shù)M測量電路U、I、f按電磁感應(yīng)原理分為:

自感式和互感式按工作方式不同分為:

變磁阻式、變壓器式、電渦流式等。各種電感式傳感器非接觸式位移傳感器測厚傳感器電感粗糙度儀接近式傳感器主要特點:

1、結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，壽命長。2、靈敏度高、分辨率高，0.01um，3、精度高,線性好(非線性誤差為0.05%~0.1%);4、性能穩(wěn)定，重復性好。5、頻率響應(yīng)低，不適用高頻動態(tài)信號測量。主要應(yīng)用:位移、振動、加速度、壓力、流量等。電感式傳感器

電感傳感器是利用自感或互感來實現(xiàn)測量的?！?變磁阻式電感傳感器一、工作原理鐵芯和銜鐵由導磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為δ，

傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時，氣隙厚度δ發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向?！?變磁阻式電感傳感器一、工作原理線圈中的電感L：

W：線圈匝數(shù)。RM：磁路的總磁阻

如空氣隙較小，不考慮磁路的鐵損，總磁阻為磁路中鐵芯、氣隙銜鐵的磁阻之和：

輸出特性L與δ之間是非線性關(guān)系，特性曲線如圖。變隙式電壓傳感器的L-δ特性銜鐵上移

1、變氣隙厚度的電感式傳感器，展開忽略高次項：動態(tài)測量范圍：0.001~1mm靈敏度：忽略高次項：靈敏度：1、變氣隙厚度的電感式傳感器這種傳感器的靈敏度高，非線性誤差大當氣隙δ變化時,Ｌ與δ為非線性變化關(guān)系,非線性度與Δδ／δ比值成正比,一般用于微小位移測量。為減小非線性度,可用由兩個電感線圈組成差動結(jié)構(gòu)。當一線圈也感增加時另一線圈電感減小,則輸出為兩者之差,因而靈敏度表示式中的偶次冪項消除,使非線性程度減小。差動傳感器優(yōu)點:輸出特性為線性特性;缺點:靈敏低,它常用于角位移測量。2、變氣隙面積的電感式傳感器主要有壓磁式傳感器。原理:是鐵磁材料的壓磁效應(yīng),即當鐵磁材料受到力作用時,在物體內(nèi)部就產(chǎn)生應(yīng)力,從而引起磁導率發(fā)生變化,稱為鐵磁材料的壓磁效應(yīng)。主要用于力的測量。3、變鐵芯磁導率的電感式傳感器§1變磁阻式電感傳感器二、變磁阻式電感傳感器等效電路Rc線圈的損耗電阻Re鐵芯的渦流損耗電阻Rh磁滯損耗電阻線圈的固有電容線圈的阻抗Z為線圈電感L與損耗總電阻R（包括RcReRh)及電容C的組合，有二、變磁阻式電感傳感器等效電路Q：品質(zhì)因數(shù)Q值較大時，忽略1/Q2，有二、變磁阻式電感傳感器等效電路傳感器的有效靈敏度：有效電阻有效電感有效品質(zhì)因數(shù)：當存在并聯(lián)電容時，有效電阻及有效電感將增加，有效品質(zhì)因數(shù)下降，傳感器的有效靈敏度提高。

1.交流電橋式差動自感傳感器：

2.變壓器式交流電橋初始位置

銜鐵下移

2.變壓器式交流電橋輸出電壓幅值：

2.變壓器式交流電橋可知，兩者輸出電壓大小相等。由于供電是交流電，所以，輸出電壓在輸入到指示器之前必須先進行整流、濾波。無相位鑒別整流時，輸出電壓特性曲線如圖(a）所示。虛線為理想特性曲線，實線為實際特性曲線。在零點時的輸出電壓稱做零點殘余電壓。

3.諧振式測量電路

諧振式調(diào)幅電路

4、相敏檢波電路①銜鐵中間位置

②銜鐵上移

L1↑,L2↓正半周E+，F(xiàn)-EJGF：UG↓EKHF：UH

↑

EKGF：UG↓EJHF：UH

↑

負半周E-，F(xiàn)+所以：UG〈UH4、相敏檢波電路③銜鐵下移

L2↑,L1↓有：UG〉UH§1變磁阻式電感傳感器四、影響傳感器精度的因素分析因素很多，主要有：環(huán)境的影響

溫度的變化、電源電壓和頻率的波動等

傳感器本身固有的影響。

電感與位移的非線性，零位信號等§1變磁阻式電感傳感器四、影響傳感器精度的因素分析1、非線性特性的影響主要：電感與氣隙厚度之間為非線性，改善：差動。限制鐵芯的最大位移量，2、零點殘余電壓——零位誤差§1變磁阻式電感傳感器四、影響傳感器精度的因素分析2、零點殘余電壓——零位誤差

主要原因：差動結(jié)構(gòu)的不完全對稱。傳感器具有鐵損，即磁芯化曲線的非線性。電源電壓中含有高次諧波線圈具有寄生電容，線圈與外殼、鐵芯間有分布電容。危害：降低測量精度、易使放大器飽和§1變磁阻式電感傳感器四、影響傳感器精度的因素分析2、零點殘余電壓——零位誤差

減小措施：減小電源中的諧波成分減小激磁電流，使之工作在磁化曲線的線性段在測量電橋中電位器，進行橋路平衡調(diào)整?！?變磁阻式電感傳感器四、影響傳感器精度的因素分析3、電源電壓和頻率波動的影響電源電壓波動直接影響傳感器的輸出電壓，引起鐵芯磁感應(yīng)強度和磁導率波動。從而引起鐵芯磁阻發(fā)生變化。電源頻率波動引起線圈感抗變化。§1變磁阻式電感傳感器四、影響傳感器精度的因素分析4、溫度變化的影響引起幾何尺寸變化，氣隙的改變線圈電阻和鐵芯磁導率的變化減小影響措施：材料的線膨脹系數(shù)合理匹配差動傳感器設(shè)計時盡可能使各參數(shù)（電阻、電感、匝數(shù)等）和幾何尺寸一致。§1變磁阻式電感傳感器五、變磁阻式電感傳感器的應(yīng)用變隙電感式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖

變隙式差動電感壓力傳感器

五、變磁阻式電感傳感器的應(yīng)用電感測微儀探頭測量電橋交流放大相敏檢波指示器振蕩器五、變磁阻式電感傳感器的應(yīng)用變氣隙式電感測微儀動態(tài)測量范圍：±1mm分辨率：1um精度：3%五、變磁阻式電感傳感器的應(yīng)用F電感壓力傳感器——變氣隙式結(jié)構(gòu)五、變磁阻式電感傳感器的應(yīng)用電感式油壓傳感器——液壓傳動的各種機械裝置五、變磁阻式電感傳感器的應(yīng)用把被測量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組用差動形式連接，故稱差動變壓器式傳感器。差動變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，有變隙式、變面積式和螺線管式等，§2差動變壓器式電感傳感器

圖差動變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖（a）、（b）變隙式差動變壓器;§2差動變壓器式電感傳感器

圖差動變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖（c）、（d）螺線管式差動變壓器;§2差動變壓器式電感傳感器

圖差動變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖（e）、（f）變面積式差動變壓器

§2差動變壓器式電感傳感器

在非電量測量中，應(yīng)用最多的是螺線管式差動變壓器，可以測量1～100mm機械位移，具有測量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠等優(yōu)點。§2差動變壓器式電感傳感器

一、螺線管式差動變壓器1.工作原理

§2差動變壓器式電感傳感器

一、螺線管式差動變壓器1.工作原理

差動變壓器次級線圈S1與S2反極性串聯(lián)§2差動變壓器式電感傳感器

圖差動變壓器輸出電壓的特性曲線

2.基本特性

差動變壓器等效電路

2.基本特性

差動變壓器等效電路M1M2

2.基本特性

差動變壓器輸出電壓的有效值：（1）銜鐵位于中間位置（2）當銜鐵上移與E2a同相（3）當銜鐵下移與E2b同相

2.基本特性

差動變壓器輸出電壓的有效值：當初級線圈參數(shù)和激磁電壓確定后，變壓器輸出由ΔM決定。在一定范圍內(nèi)，ΔM與鐵芯位移近似成線性關(guān)系，差動變壓器的線性范圍約為骨架長度的1/10—1/4。激磁電壓的頻率影響傳感器的靈敏度。靈敏度：當頻率繼續(xù)增加，由于趨附效應(yīng)和鐵損等損耗增加，反而使靈敏度下降。激磁電壓頻率一般在50Hz~10Kz差動變壓器的輸出是交流電壓，若用交流電壓表測量，只能反映銜鐵位移的大小，不能反映移動的方向。另外，其測量值中將包含零點殘余電壓。為了達到能辨別移動方向和消除零點殘余電壓的目的，實際測量時，常常采用差動整流電路和相敏檢波電路。

二、差動變壓器的信號調(diào)節(jié)電路§2差動變壓器式電感傳感器

(1)差動整流電路

二、差動變壓器的信號調(diào)節(jié)電路圖差動整流電路（a）半波電壓輸出；（b）半波電流輸出；（c）全波電壓輸出；（d）全波電流輸出

(2)相敏檢波電路

波形圖（a）被測位移變化波形圖;（b）差動變壓器激磁電壓波形;（c）差動變壓