第5章 电感式传感器ppt课件.ppt

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1、电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现非电量测量的一种装置。可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。第5章电感式传感器电感式传感器的工作基础：电磁感应。工作流程如下：2010.09.26.5、6节，9-11025.1自感式传感器5.2差动变压器式传感器（互感式传感器）5.3电涡流式传感器（互感式传感器）电感式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成线圈电感量（自感或互感）的变化，再经过转换电路变成电信号输出。本章主要内容有：本章主要内容5.1自感式传感器四.差动变压器测量电路二.螺线管式差动变压器一.变隙式差动变压器三.变面积式差动变压器五.差动变压器式传感器

2、的应用5.3电涡流式传感器一工作原理二.测量电路三电涡流式传感器的应用一.变气隙厚度自感式传感器四.差动自感式传感器二.变气隙截面积自感式传感器三.单线圈螺管型自感式传感器五.自感式传感器测量电路六.自感式传感器的应用5.2差动变压器式传感器本章的教学要求及重点、难点教学要求:了解自感式、互感式传感器的结构种类及工作原理。掌握自感式、互感式传感器的测量电路，掌握其灵敏度与初始平衡位置的气隙大小的关系。了解差动变压器配用的差动相敏检波电路的工作原理和基本特性，差动整流电路的工作原理。教学重点：差动变压器传感器的测量电路及简单应用。教学难点：差动变压器传感器的的应用。5.1自感式传感器自感式传感

3、器是将被测量的变化转换成线圈自感L的变化，通过一定的转换电路转换成电压或电流输出的装置，按磁路几何参数变化形式的不同，主要有：变气隙厚度式传感器、变气隙截面积式传感器、单线圈螺管式传感器，差动型传感器。前两种又称为变磁阻式传感器。线圈电感计算式：W--------线圈匝数。Rm-------磁路总磁阻。一.变气隙厚度型自感式传感器1.基本结构：线圈、铁芯和衔铁三部分组成，铁芯和衔铁由导磁材料制成，如图5-1所示。图5–1变气隙厚度式传感器磁路总磁阻：在铁芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值L的变化，因此

4、只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。2.工作原理特点：灵敏、线性差、装配难A0表示气隙截面积上式表明：当线圈匝数W为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数，改变δ或A均可导致电感变化，因此变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感器和变气隙面积A的传感器。目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器。因为导磁体的磁导率远大于空气磁导率，即气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，则上式线圈的自感大小为：⑴当衔铁随外力向上移动△δ时，气隙长度减少为δ=δ0–△δ，则自感变为：则自感变化量为：当时（4-7）⑵同理，当衔铁随外力向下移动△δ时，气隙长度增大为δ=δ0+△δ，则自感变化量

5、为：当时（4-8）忽略式（4-7）和（4-8）中的高次项，自感变化量为△L3.灵敏度从提高灵敏度的角度看，初始空气隙δ0应尽量小。其结果是被测量的范围也变小。同时，灵敏度的非线性也将增加。可见：变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。为了保证一定的测量范围和线性度，一般取非线性误差与的大小有关，其表达式为：非线性误差:4.输出特性L与δ之间是非线性关系，特性曲线如图5-2所示。图5-2变隙式电压传感器的L-δ特性与灵敏度s关系衔铁上移切线斜率变大：衔铁下移切线斜率变小：与线性度关系衔铁上移：衔铁下移：无论上移或下移，非线性都将增大。

6、为了减小非线性误差，提高灵敏度，实际测量中广泛采用差动接法的变隙式电感传感器。二.变气隙截面积自感式传感器1.基本结构：由线圈、铁芯和衔铁三部分组成，如图5-3所示。图5-3变气隙截面积的自感式传感器结构1—衔铁2—铁芯3—线圈2.工作原理：气隙的长度δ保持不变，铁芯与衔铁之间的相对覆盖面积（即磁通截面）随被测量改变而改变，从而引起线圈自感量的变化。设初始磁通截面（即铁芯截面）的面积为A=ab（a、b分别为铁芯截面的长度和宽度），当衔铁随外力上下移动△x时，自感L为：3.灵敏度：常数电感变化量与位移呈线性关系结论：变气隙截面积的自感式传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下，灵敏度为一常数。输出

7、呈线性关系，因此线性范围和量程较大。三.单线圈螺管型自感式传感器（变铁芯磁导率）1.基本结构：单个螺管线圈和一根圆柱形衔铁组成，如图5-4所示。图5-4螺管型自感式传感器当线圈中圆柱形衔铁作上下移动时，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，螺管线圈的自感L将发生相应变化，线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度有关。若使用恒流源作为激励，则线圈的输出电压与衔铁位移量有关。2.工作原理：螺线管型电感式传感器电感线圈衔铁总