第4章电感式传感器主讲:潘汉军电感式传感器的基本原理:将被测物理量的变化转换成电感值的变化,再经相应的测量电路最后显示被测量值的变化。电感式传感器被测物理量电感值L、M广泛应用于位移、压力、流量、振动等机械量的精密测量。优点:(1)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,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,在工业自动控制系统中广泛被采用。缺点:频率响应较低,不宜快速动态测控。第3章电感式传感器第一节变磁阻式传感器第二节互感式传感器第三节电涡流式传感器第四节应用举例作业:P75-1,2,6第一节变磁阻式传感器一、结构和工作原理二、等效电路三、变气隙式电感传感器输出特性四、差动自由传感器结构和工作原理等效电路变气隙式电感传感器输出特性非线性输出特性由式(4-5)可知:L和δ之间是非线性关系。设电感传感器初始气隙为δ0,初始电感量为L0,衔铁位移引起的气隙变化量为Δδ,初始电感量为:传感器气隙增大Δδ,电感量减少,电感变化量为ΔL1电感量的相对变化为时,上式展开成级数:非线性输出特性传感器气隙减少Δδ,电感量增大,电感变化量ΔL2及电感量的相对变化为时,上式展开成级数:ΔL1和ΔL2是不相等的;高次项是造成非线性的主要原因;忽略掉二次项以上的高次项,则ΔL1、ΔL2与Δδ成线性关系;当Δδ/δ0越小时,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精确的。非线性输出特性灵敏度忽略二次以上项后,可得到传感器灵敏度为差动自感传感器1、结构和工作原理2.输出特性3、测量电路1、结构和工作原理2.输出特性当差动电感传感器接成电桥形式后,电桥输出电压将与ΔL有关,即灵敏度差动式电感传感器的灵敏度S,由式(4-9)忽略高次项后得到。它比单个线围的传感器提高一倍。3、测量电路交流电桥式测量电路变压器式交流电桥交流电桥式测量电路变压器式交流电桥衔铁上、下移动时,输出电压大小相等,但方向相反。由于是交流电压,输出指示无法判断出位移方向。若采用相敏检波器(其工作原理见第二节)就可鉴别出输出电压的极性随位移方向变化而变化。第二节互感式传感器一、结构与工作原理二、等效电路三、测量电路一、结构与工作原理差动变压器输出电压的特性曲线零点残余电压Ux二、等效电路当次级开路时,初级线圈的交流电流为:两个次级线圈感应电势为差动变压器输出电压为输出电压的有效值为磁芯处于中间平衡位置时磁芯上升时磁芯下降时三、测量电路1.差动整流电路2.相敏检波电路二极管相敏检波电路集成化相敏检波电路1.差动整流电路第三节电涡流式传感器一、基本原理二、等效电路三、测量电路一、基本原理涡流区和线圈几何尺寸有如下关系:涡流渗透深度在金属导体
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面感应的涡流所产生的电磁场又反作用于线圈L上,力图改变线圈电感量的大小,其变化程度与线圈L的尺寸大小、距离x和有关。二、等效电路电涡流式传感器等效电路参数均是互感系数M和电感L,L1的函数,故把这类传感器归为电感式传感器。三、测量电路1.调频式电路2.调幅式电路1.调频式电路2.调幅式电路第四节应用举例1.位移测量2、振幅测量3、转速测量4.涡流膜厚测量