传感器技术-第三章-电感式传感器幻灯片.pptVIP

第三章 变磁阻式传感器 变磁阻式传感器是利用磁路的磁阻变化引起传感器线圈电感量的变化来测量非电量的机电转换装置。 常用来检测位移、振动、力、应变、流量、密度等物理量。 大多数变磁阻式传感器存在交流零位信号，且不适宜高频动态测量。 电感传感器的基本工作原理演示 F 电感传感器的基本工作原理演示 气隙变小，电感变大，电流变小 3.1传感器线圈的电气参数分析 1、线圈电感L 3.2 自感式传感器 3.3 互感式传感器(差动变压器) 结构形式 变隙式、变面积式、 螺线管式（几纳米～1米的机械位移、精度高、灵敏度高、性能可靠） 根据等效电路，当次级开路时初级电流： 3、 变隙式差动变压器 (1). 工作原理 两个初级绕组同名端顺向串联，两个次级绕组同名端反向串联。 (2). 输出特性 在忽略铁损（涡流与磁滞损耗）和漏感且变压器次级开路（负载阻抗足够大）条件下，得等效电路： 由电磁感应定律和磁路 欧姆定律，当R1?L1， 时，如不考虑铁芯与衔 铁中的磁阻影响，对等 效电路分析可得： 变隙式差动变压器灵敏度： 分析： 稳定?传感器具有稳定的输出特性；Ui??K?(当变压器铁芯不饱和，及在允许温升条件下) W2/W1?(受限于变压器体积及零点残余电压)?K?, ?0?(0.5mm)?K?（忽略边缘磁通） 铁损及线圈中分布电容影响：降低传感器灵敏度，增加非线性误差，传感器性能变差。在工程应用中常可忽略。 工艺结构：不对称?零点残余电压?Uo。 变压器副边开路，若配接低输入阻抗电路，要考虑副边电流对输出特性的影响。 4、 螺线管式差动变压器 （1）. 工作原理 结构: 两个次级线圈反相串联。 分类：（按线圈 绕组排列方式） 一节式：灵敏度高； 三节式：零点残余 电压较小； 常用二节式、三节式 3.3.2. 差动变压器式传感器测量电路 （2） 相敏检波电路 参考信号us： us与差动变压器式传感器激磁电压u1同频同相（或反相）； us幅值远大于信号u2的幅值，有效控制四个二极管的导通状态。 R:限流电阻 3.4 差动变压器式传感器的应用 传感器的原理和测量电路均存在非线性。 为了减小非线性，常用的方法是采用差动结构和限制测量范围。 对于螺管式自感传感器，增加线圈的长度有利于扩大线性范围或提高线性度。在工艺上应注意导磁体和线圈骨架的加工精度、导磁体材料与线圈绕制的均匀性， 对于差动式则应保证其对 称性，合理选择衔铁长度和线 圈匝数。另一种有效的方法是 采用阶梯形线圈，如图 所示。 1、输出特性的非线性 环境温度的变化会引起自感传感器的零点温度漂移、灵敏度温度漂移以及线性度和相位的变化，造成温度误差。 环境温度对自感传感器的影响主要通过： *材料的线膨胀系数引起零件尺寸的变化 *材料的电阻率温度系数引起线圈铜阻的变化 *磁性材料磁导率温度系数、绕组绝缘材料的介质温度系数和线圈几何尺寸变化引起线圈电感量及寄生电容的改变等造成。 2、温度误差 * * 3.1 传感器线圈的电气参数分析 3.2 自感式传感器 3.3 互感式传感器(差动变压器) 先看一个实验：将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的36V交流电压源上，如下图所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。 220V 准备工作 F Ψ——线圈总磁链,单位：韦伯； I——通过线圈的电流，单位：安培； W——线圈的匝数； Rm——磁路总磁阻，单位：1/亨。 2、铜损电阻Rc 铜损引起的耗散因数与激励频率成正比。 3、涡流损耗电阻Re 高电阻率有利于涡流损耗的下降，而高磁导率却导致涡流损耗的增加。 4、磁滞损耗电阻Rh 磁滞损耗电阻与激励频率无关。在小激励电流和弱磁场状态，与铜损和涡流损耗相比可忽略。 5、总耗散因数D和品质因数Q 6、并联寄生电容的影响 并联寄生电容由线圈绕组的固有电容和电缆的分布电容组成。它的存在使灵敏度提高。因此，按规定电缆校正好的仪器，如更换电缆就应重新校正或并联电容加以调整。当激励频率较低时(f10kHz)可忽略其影响. a)气隙型 b)截面型 c)螺管型 自感式传感器原理图 式中，l1，l2 ——铁心和衔铁的磁路长度 ｍ