传感器原理及应用第3章ppt课件.ppt

《传感器原理及应用第3章ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、传感器原理及应用第三章电感式传感器第４章　电感式传感器电感式传感器是利用线圈自感和互感的变化实现非电量的一种测量装置。根据转换原理不同，可分为自感式和互感式两种；根据结构型式不同，可分为气隙型和螺管型两种。电感式传感器与其他传感器相比，具有以下特点：①结构简单，可靠，测量力小。②分辨力高。③重复性好，线性度优良。缺点：①频率响应低，不易快速动态测量；②分辨力与测量范围有关，范围大分辨低，反之分辨力高。第４章　电感式传感器4-1自感式传感器4-2差动变压器4-3电涡流式传感器上一页下一页4－1自感式传感器一气隙型

2、电感传感器电感的基本概念：线圈中有电流I通过时。便产生了磁通Φ，磁通Φ与N匝线圈相交链产生的磁链，而磁链与产生磁链的电流呈正比关系，这一比例常数定义为电感L。电感L单位：亨(H)、毫亨(mH)、微亨(μH)，简单磁路分析：如下图所示，在匝数为N的励磁线圈中通入直流电流I（或交流），磁路中就会产生一个恒定（或交变）磁通Φ，显然Φ的大小与IN乘积的大小有关。根据物理学中的全电流定律（安培环路定律）有：上一页下一页即：在闭合回路（曲线）上磁场强度矢量H沿整个回路l的线积分等于穿过该闭合曲线所围曲面内电流的代数和。电流

3、方向与设定的积分绕行方向符合右手定则的电流为正，反之为负。忽略漏磁通，只考虑主磁通，当较小时，认为气隙与铁芯、衔铁具有相同的横截面积S。根据磁通连续性原理，有三者的磁场强度分别为：取平均中线作为闭合积分路径（方向见上图），则：故：得电感：其中：：磁路总磁阻；：铁芯磁阻；：衔铁磁阻；：气隙磁阻；此式也称为“磁路欧母定律”。IN称为磁通势；Rm称为磁路总磁阻。由于，铁芯的磁导率不是常数，随磁感应强度B的变化而变化，所以磁阻也不是常数，是非线性的。但磁场强度是常数。该式虽由直流磁路推导得出，但同样适用于交流。4－1自

4、感式传感器〈一〉工作原理图4－1（a）是气隙型传感器的一种结构原理图，主要由线圈1，衔铁3和铁心2等组成。上一页下一页点划线表示磁路：气隙长度图4－1（a）中点划线表示磁路，磁路中空气隙总长度为,工作时衔铁与被测体接触。被测体的位移引起气隙磁阻的变化，从而使线圈电感变化。当传感器线圈与测量电路连接后，可将电感的变化转化成电压，电流或者频率的变化，完成从非电量到电量的转换。由磁路基本知识可知，线圈电感为式中N—线圈匝数；—磁路总磁组。对于气隙型电感传感器，因为气隙教较小（一般为0.1~1mm),所以可以认为气隙磁

5、场是均匀的，若忽略磁路铁损，则磁路磁阻为：上一页下一页上一页下一页由于电感传感器铁心一般工作在非饱和状态下，其磁导率远大于空气的磁导率，因此铁心远较气隙磁阻小，所以上式可简化成由上式可知，电感L是气隙截面积和长度的函数，即。如果S保持不变。则L为的单值函数，据此可构成变隙型传感器；若保持不变，使S随位移变化，则可构成变截图型电感传感器，其结构原理图见图4－1（b）。他们的特性曲线如图4－2所示。由上式及图4－2可以看出，L＝f()为非线性关系。当＝0时，L为，考虑导磁体的磁阻，当＝0时，L并不等于，而具有一定数

6、值，在较小时其特性曲线如图中虚线所示。如上下移动衔铁使面积S改变，从而改变L值时，则L＝f(S)的特性曲线如图4－2所示为一直线。上一页下一页〈二〉特性分析：气隙型电感传感器的主要特性是灵敏度和线性度，设磁路总长度为，（因为气隙长度相对很小，故近似认为气隙截面与铁心截面相等，且为定值）同时铁芯与衔铁采用同材料。磁路总磁阻：一般Ur》1：则电感：其中：—导磁体相对磁导率；—常数当总气隙减小时，电感增加（假设不变，即）上一页下一页即：电感相对变化：同理当气隙增加时，电感减少由于，所以可将上式展开成级数形式有：上一页

7、下一页即：同理，展开成级数形式：和两者表达式除高次奇次分量前符号外，其它一样：若忽略高次项,电感变化的灵敏度和线性度分别为:上一页下一页灵敏度:线性度:电感输出特性如右图，由以上分析可以看出：〈1〉电感变化与气隙变化呈非线性关系，其非线性程度随的增加而增加。〈2〉气隙减小所引起的电感增加与气隙增加同样引起的电感减小不相等，即>，其差值随/的增加而增大。（其实变间隙型电容传感也是一样情况）〈3〉由于上述原因，变气隙型电感传感器（包括差动式）只能工作在很小区域，测微小位移。上一页下一页只取前两项时，相对非线性误差只

8、取第一项，作近似处理〈三〉差动变气隙式传感器在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁，构成差动式自感传感器，两个线圈的电气参数和几何尺寸要求完全相同。这种结构除了可以改善非线性、提高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等的影响也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。其结构如图，电感相对变化：则灵敏度：其线性度：优点：①线性好，非线性误差降低一个数量级；②灵敏度提高一倍，即