第4章-电感式传感器ppt课件.ppt

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1、第四章电感式传感器总课时：6课时讲授课时：5课时讨论课时：1课时7/29/20211§1电感式传感器的特点及分类§2变磁阻式传感器§3互感式式传感器§4电感式传感器的应用§5电涡流式传感器的应用目录7/29/20212§1电感式传感器的特点及分类电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈的自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。电感式传感器最基本原理是电磁感应原理。被测物理量位移振动压力流量比重的变化传感器自感系数L互感系数M的变化电路电压电流7/29/20213电感式传感器特点(1)

2、结构简单，传感器无活动电触点．因此工作可靠寿命长；(2)灵敏度和分辨率高。能测出的位移变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出；(3)线性度和重复性都比较好．在一定位移范围几十微米至数毫米内，传感器非线性误差可做到0．05％——0．1％．并且稳定性也较好。同时，这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制．它在工业自动控制系统、勘探、航空航天等领域中广泛被采用；(4)但是它有频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。7/29/20214电感式传感器分类变磁阻式传感器—自感型差动变压器式传感器—互感型涡流式传感器—自感型和互感型高频反射式—自感

3、型低频透射式—互感型按原理气隙变化型—变气隙的间隙面积变化型—变气隙的截面积S螺管型—变衔铁与线圈重合长度自感型7/29/20215§2变磁阻式传感器一、结构和工作原理：磁阻式传感器的结构如图4—1所示。它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。图4—1变磁阻式传感器基本结构7/29/20216线圈的电感值L可按下列电工学公式计算:式中：N——线圈匝数；—单位长度上磁路的总磁阻。—铁芯磁阻；—空气气隙磁阻。7/29/20217由于，常常忽略，因此，可得线圈电感为：由上式可知，当线圈匝数确定后，只要改变和A均可导致电感L的变化，因此．变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度的传感器和变气隙面

4、积的传感器。使用最广泛的是变气隙式电感传感器。7/29/20218每课一新用新型传感器按新方式观测地球表面美国宇航局(NASA)正在研制新一代遥感地球传感器，用新型传感器将有可能对像监测沿海地区这样的重点区域进行研究，并能研究地球内部的地质作用过程和地质板块的相对位移，测定冰雪覆盖层厚度，分析工业污染引起的作用过程，以及研究水在自然界中的循环。7/29/20219在优先考虑的工艺中是利用超光谱衍射分光计研究地球对流层中污染物的化学成分，新一代分光计也能测定分布于地球固定轨道上卫星处的大气温度和湿度的改变。现代微波辐射计和卫星雷达能测量冰雪覆盖层厚度、降水量和气候作用过程的实

5、时变化，利用这些仪器还能实现火山活动、地震以及各种自然界危险现象，乃至地球固定轨道的监测。7/29/202110二、等效电路电感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，但实际上线圈不可能呈现为纯电感。Re----铁芯涡流损耗电阻Rc----线圈的铜耗电阻C------线圈固有电容和电缆的分布电容Z-----总的复阻抗7/29/202111由式可知，当电感传感器线圈匝数和气隙面积一定时，电感量L与气隙厚度成反比，可用图4—3所示。下面分析变气隙式电感传感器的输出特性。三、变气隙电感式传感器的输出特性：7/29/202112设电感传感器初始气隙为

6、，初始电感量为，衔铁位移引起的气隙变化量为，从可知L与是非线性关系。那么，初始电感量为:当衔铁下移时，传感器气隙增大，即，则电感量却减少，电感变化量为，即：电感量的相对变化为：7/29/202113当时，可将上式展开成级数形式为：当衔铁上移时，气隙减小，同理可得：，当时，可将上式展开成级数形式为7/29/202114忽略掉二次项以上的高次项，则、与成线性关系。忽略二次以上项后，可得到传感器灵敏度为:由此可见，高次项是造成非线性的主要原因，当越小时，则高次项迅速减小，非线性得到改善。这说明了输出特性和测量范围之间存在矛盾，所以，电感式传感器用于测量微小位移量是比较准确的。为了

7、在较大位移测量中减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动式电感传感器。7/29/202115四、差动自感传感器：为了减小非线性，可以利用两只完全对称的单个电感传感器合用一个活动衔铁，这样可构成差动式电感传感器。图4—4差动式电感传感器的结构原理1一铁芯2一线圈3一衔铁7/29/202116如图4-4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，另外两只桥管由电阻组成，它们构成四臂交流电桥，供桥电源为(交流)，桥路输出为交流电压。初始状态时，衔铁位于中