《项目五电感式》PPT课件

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1、项目五电感式传感器一、项目要求【知识要求】1.了解电感式传感器的工作原理及分类方法。2.掌握电感式传感器的功能及工作特点。3.掌握电感式传感器的测量方法。4.了解电感式传感器的发展方向与应用。重点：自感式、差动变压器式、电涡流式传感器的工作原理，掌握其性能特点，了解其应用。一、项目要求【能力要求】1.正确地识别各种电感式传感器及其特点和其在整个工作系统中的作用。2.在设计中，能够根据工作系统的特点，找出匹配的电感式传感器。3.能够准确判断出传感器的好坏，熟练掌握电感式传感器的测量方法。4.能够设计一个简单的测量电路。二、相关知识（一）自感式传感器1.工作原理变磁阻式传感器是一种常用自感式传感

2、器，其结构原理如图所示，由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料（坡莫合金或硅钢片）制成。活动衔铁与铁芯之间存在气隙，厚度为δ。传感器工作时，衔铁与传感器的运动部分（同时连接被测物体）连在一起，当被测物体按图示方向产生±Δδ的位移时，气隙厚度δ发生变化，从而使磁路中的磁阻产生相应的变化，进而导致电感线圈的电感量变化，测出这种电感量的变化就可以判别出衔铁（即被测物体）位移量的大小和方向。二、相关知识变磁阻式传感器基本结构根据电感定义，线圈中电感量可由下式确定：二、相关知识式中ψ——线圈总磁链；I——通过线圈的电流；N——线圈的匝数；φ——穿过线圈的磁通。由磁路欧姆定律，得式中，Rm为

3、磁路总磁阻。将式（5-2）代入式（5-1），得二、相关知识对于变气隙式传感器，因为气隙很小，所以可以认为气隙中的磁场是均匀的。若忽略磁路损耗，则磁路总磁阻为式中RF——铁芯磁阻；S1——铁芯的截面积；Rδ——空气气隙磁阻；S2——衔铁的截面积；μ1——铁芯材料的磁导率；μ0——空气的磁导率；μ2——衔铁材料的磁导率；S——气隙的截面积；L1——磁通通过铁芯的长度；δ——气隙的厚度。L2——磁通通过衔铁的长度；二、相关知识因为气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，所以可略去铁芯和衔铁磁阻，则式(5-4）可近似为将式(5-5）代入式(5-3）可得二、相关知识式(5-6)表明，当确定线圈匝数之后，改变δ

4、和S以及磁导率μ0均能够导致电感L的变化。所以，变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度δ的电感式传感器、变气隙面积S的电感式传感器、变铁芯磁导率μ的电感式传感器。实际应用的过程中，最常用的是变气隙厚度的电感式传感器。变气隙面积S的电感式传感器为线性特性，但灵敏度低。它常用于角位移测量。变铁芯磁导率μ的电感式传感器，是利用某些铁磁材料的压磁效应，所以也称压磁式传感器。压磁效应是当铁磁材料受到力的作用时，在物体内部就产生应力，从而引起磁导率μ发生变化。这种传感器主要用于各种力的测量。二、相关知识2.自感式传感器等效电路电感式传感器是利用铁芯线圈中的自感随衔铁位移或空隙面积改变而变化的原理制成的，它通常

5、采用铁磁体作为磁芯，所以线圈不可能呈现为纯电感，电感L还包含了与L串联的线圈铜损耗电阻Rc，同时存在与L并联铁芯涡流损耗电阻Re；由于线圈和测量设备电缆的接入，存在线圈固有电容和电缆的分布电容，用集中参数C表示（C与L和Rc、Re相并联)，因此，电感式传感器可用如图所示等效电路表示。它可以用一个复阻抗Z来等效。电感式传感器等效电路二、相关知识3.变气隙电感式传感器输出特性由式(5-6)可知，当电感式传感器线圈匝数和气隙面积一定时，电感量L与气隙厚度δ成反比，电感量L与气隙厚度δ特性如图所示。下面分析变气隙厚度电感式传感器的输出特性。电感式传感器L－δ特性由5-7二、相关知识（1）结构和工作原

6、理为了减小变气隙厚度电感式传感器的非线性，利用两只完全对称的单个电感式传感器合用一个活动衔铁，构成差动电感式传感器，如差动螺线管电感式传感器、差动E型电感式传感器等，如图（a）和(b)所示，其结构特点是上、下两个磁体的几何尺寸、材料、电气参数均完全一致。传感器的两只电感线圈接成交流电桥的相邻桥臂，另外两只桥臂由电阻组成。它们构成四臂交流电桥，电桥电源为UAC(交流)，桥路输出为交流电压Uo。··差动电感式传感器的结构原理1—铁芯；2—线圈；3—衔铁二、相关知识初始状态时，两只电感线圈的电感量相等，衔铁位于中间位置，两边空隙相等。因此，数值极性相反，电桥输出电压Uo=0，即电桥处于平衡状态。当

7、衔铁偏离中间位置，向上或向下移动时，两边气隙不一样，使两只电感线圈的电感量一增一减，电桥不平衡。电桥输出电压的大小与衔铁移动的大小成比例，其相位则与衔铁移动量的方向有关。若向下移动，输出电压为正；向上移动时，则输出电压为负。因此，只要能测量出输出电压的大小和相位，就可以决定衔铁位移的大小和方向。衔铁带动连动机构就可以测量多种非电量，如位移、液面高度、速度等。·二、相关知识（2）输出特性输出特性是指电桥输出电压