《电感传感器》ppt课件

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1、第3章电感传感器掌握自感式电感传感器的结构、原理及其相应的测量电路和应用。掌握差动变压器（互感式电感传感器）的原理、特点、工作特性及零点残压的消除方法。掌握高频发射式及低频透射式电涡流传感器的工作原理。上一页下一页返回第3章电感传感器3.1自感式传感器3.2差动变压器3.3电涡流式传感器3.4电感传感器的应用上一页下一页返回电感传感器电感传感器是利用线圈自感和互感的变化实现非电量测量的。应用电磁感应原理将非电量参数转换为电感量的变化（包括自感和互感）根据工作原理不同，可分为自感式、互感式和涡流式三种类型，可用来测量位移、振动、转速、流量等非电信号。主要优点是：结构简单（线圈、铁芯、衔铁），

2、工作可靠，寿命长；灵敏度高，传感器的输出信号强，有利于信号的传输和放大，能分辩0.01μm的位移变化，一般每毫米的变化可达数百毫伏的输出；精度高，重复性好，线性好，非线性误差一般为0.05％～0.1％主要缺点有：灵敏度、线性度和测量范围相互制约；传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量。上一页下一页返回3.1自感式传感器3.1.1气隙型自感传感器3.1.2差动自感传感器3.1.3差动自感传感器测量电路3.1.4螺线管式自感传感器3.1.5自感式传感器测量电路3.1.6自感式传感器应用举例按原理分：自感式传感器、互感式传感器（差动传感器）按结构分：闭磁路——气隙型；开磁路——电涡流式自感式

3、传感器上一页返回下一页自感式传感器亦称变隙式自感传感器，它是根据铁芯线圈磁路气隙的改变，引起滋路磁阻的改变，从而改变线圈自感的大小。气隙是磁路与磁路之间的空气间隔，是以空气为介质的间隙，其变化可以引起磁路和磁阻的变化。气隙参数的改变分变气隙长度δ和变气隙截面积S两种方式传感器线圈又分单线圈和双线圈两种。3.1.1气隙型自感传感器上一页返回下一页（a）变气隙长度（b）变气隙截面积工作原理由线圈、铁芯、衔铁三部分组成上一页返回下一页根据磁路知识，线圈的自感为：N——线圈的匝数Rm－磁路的总磁在气隙较小的情况下（一般l在0.1~1mm），可以认为气隙磁场均匀分布，同时忽略磁路铁损，则有：l1、l

4、2、l0——铁芯、衔铁和气隙的长度S1、S2、S0－铁芯、衔铁和气隙的截面积μ1、μ2、μ0－铁芯、衔铁和气隙的导磁率即磁路总磁为铁芯、衔铁和气隙三部分磁路磁阻之和上一页返回下一页实际上由于铁芯一般工作于非饱和状态，此时铁芯的导磁率远远大于空气的导磁率，因而磁路的总磁阻主要由气隙长度决定，即显然在气隙型传感器中移动衔铁的位置，即可改变气隙的长度[图(a)]或截面积[图(b)]，从而引起线圈自感的变化。上一页返回下一页（1）变气隙长度型2.工作特性主要分析变气隙式传感器的线性度和灵敏度。变气隙长度δ型传感器的自感L与δ呈非线性关系灵敏度：灵敏度高，线性度差（2）变气隙截面积型变气隙截面积S型

5、传感器的自感L与S之间呈线性关系灵敏度：灵敏度低，线性度高上一页返回下一页结论：L=f（l0）在S0不变的情况下，为非线性反比例函数；L=f（S0）在l0不变的情况下，为线性正比例函数；如图：分别通过改变l0或改变S0，均可以获得ΔL的变化。3.1.2差动变隙式电感传感器1-铁芯；2-线圈；3-衔铁上一页返回下一页两线圈变气隙式自感传感器采用两个线圈激磁，工作时两线圈的自感呈反相变化，形成差动输出，因而称之为差动自感传感器。差动自感传感器亦有变气隙长度型和变气隙截面积型由两个相同线圈，一个可动衔铁组成：1.工作原理初态时：若结构对称，且动铁居中，则上一页返回下一页动铁上移时，则动铁下移时，

6、则结论：输出电压的大小和极性随位移变化而变化2.特性分析（1）输出电压不但能反映位移量的大小，而且能反映位移的方向。（2）输出电压正比于2ΔI，因而灵敏度较高。（3）输出电压非线性减小。（4）可获得温度自补偿。上一页返回下一页结论：当位移控制在－∆δ～＋∆δ，输出电压Uo与位移δ近似线性关系3.1.3差动自感传感器测量电路1.基本交流测量电桥2.带相敏整流的交流电桥上一页返回下一页测量电路作用：将电感传感器的电感量ΔL的变化转换成电压或电流形式的变化量输出。1.基本交流测量电桥（1）初始平衡状态，Z1=Z2=Z,U0=0（2）动铁上移：上一页返回下一页令Z＝R+jωL,∆Z=∆R+jω∆L

7、,且R《ωL，∆R《ω∆L，则（3）动铁下移：上一页返回下一页结论：输出电压的大小反映动铁位移的大小，输出电压的极性反映动铁位移的方向两种情况的输出电压大小相等，方向相反，即相位差180o为了判别衔铁位移方向，就是判别信号的相位，要在后续电路中配置相敏检波器来解决2.带相敏检波电路由于交流电压表不能直接指示电桥输出电压的极性，即无法确定动铁位移的方向，因而通常在交流检测电桥中引入相敏整流电路，把测量电桥的交流输出转换为直