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第三章 电感式传感器 传感器技术 主讲教师：应捷 办公室：光电学院309 Email: yingj@ * 主要内容 电感式传感器 差动变压器 电感式传感器的应用 * 电感式 传感器 自感式 互感式 气隙型 截面型 螺管形 气隙型 截面型 螺管形 定义：利用线圈的自感和互感的变化来实现非电量 电测的一种装置。 电感式传感器分为自感式和互感式两大类。 优点：结构简单、可靠、零点稳定、精度高、输出 功率大。 电感式传感器 * 磁路总磁阻为: 线圈的电感: 式中，l1为铁心磁路长；l2为衔铁磁路长；S为截面积；μ1为铁心磁导率；μ2为衔铁磁导率；μ0为空气磁导率；?为空气隙厚度。 变气隙型 变截面型 第一节 电感式传感器 ? 螺管型 * ?L与气隙? ?是非线性的,只能用于微小位移测量。 1. 气隙型电感传感器 灵敏度 * 2.截面型电感传感器 线圈电感量L与截面积S成正比，是一种线性关系。 * 3.螺管型电感传感器 电感量L与衔铁位移量是线性关系。灵敏度较低,但量程大且结构简单易于制作和批量生产,是使用最广泛的一种电感式传感器。 灵敏度 * 1.交流电桥 （1）电压输出： 测量电路 p66 a.当满足平衡条件： b.电桥输出与桥臂阻抗的相对变化成正比： * （2）变压器电桥 p69 （1）平衡臂为变压器两个副边，工作臂为Z1,Z2 输出电压: 1 2 （2）差动工作： 当衔铁反移时， 所以：输出电压的极性可反映衔铁移动的方向。 * 旁向式差动电感式传感器 总行程： 1.5mm 测量力：0.4～0.7N 示值变动性：0.2μm 轴向式差动电感式传感器 总行程： 3mm 测量力：0.45～0.65N 示值变动性：0.03μm 总行程：1.5mm 测量力：0.12～0.18N 示值变动性：0.05μm 电感式传感器 * 第二节、差动变压器器 互感式传感器： 当一次线圈接入激励电压后，二次线圈将产生感应电压输出，互感变化时，输出电压将作相应变化。 一般这种传感器的二次线圈有两个，接线方式又是差动的，故常称之为差动变压器。 2 1 2 * 差动变压器等效电路 等效电路 2 1 2 输出电压： 衔铁位置居中时： 衔铁偏离中间时： 此时，输出电压： * 差动变压器的输出特性 互感随衔铁左右移动而变化。 输出电压 2 1 2 x 灵敏度的影响因素 p76 灵敏度：指衔铁移动单位长度时所产生的输出电压变化 用 表示。 影响灵敏度的因素： 1.二次绕组的匝数 2.一次电压 3.激励电源频率f Ｋ值与ｆ无关 趋肤效应 电阻增大，涡流损耗及磁滞损耗增大，灵敏度下降。 见教材P76 灵敏度随频率 增大而增大 * 衔铁处于中间位置 时，存在的微小输出 电压，用 e0表示。 零点残余电压大小一般为几毫伏到几十毫伏。 零残电压过大带来的影响： 灵敏度下降、非线性误差增大 测量有用的信号被淹没，不再反映被测量变化造成放大电路后级饱和，仪器不能正常工作。 零点残余电压： 主要误差及补偿-------零点残余电压 p78 * 零点残余电压产生的原因 p79 （1）由于两个二次线圈不完全相同，导致两个二次线圈相位不同。 （2）一次线圈中存在铜损，铁损，电容等，损耗使电流与磁通不同相，这些相位不同产生残余电压。 铜损电阻 磁滞损耗 涡流损耗 线圈电容 * 下图是几种补偿电路。在差动变压器二次侧串、并联适当数值的电阻电容元件，当调整这些元件时，可使零点残余电动势减小。 零点残余电压的消除方法 p79-81 （1）保证线圈和磁路对称 （2）采用相敏检波电路 （3）选用补偿电路 应用举例 下图所示是一个测量尺寸用的轴向自感式传感器 测头 测杆 电感线圈 磁芯 * 轴向式差动变压器式传感器 总行程： 100mm 线性度：0.15% ?? 总行程： 2 ～ 7mm 测量力：0.9～1.2N 示值变动性：0.5μm 差动变压器式传感器 * 第三节 电感式传感器的应用 一、位移测量 二、振动和加速度测量 三、压力测量 * 第三节 电感式传感器的应用 * * 第三章 电感式传感器 *