第3章电感式传感器PPT.pptVIP

* 3.3 电涡流式传感器 电涡流传感器结构简单、频率响应宽、灵敏度高、抗干扰能力强、测量线性范围大，而且又具有非接触测量的优点，因此广泛应用于工业生产和科学研究的各个领域。电涡流传感器可以测量位移、振动、厚度、转速、温度等参数，并且还可以进行无损探伤和制作接近开关。 电涡流传感器主要有两种类型：高频反射式（应用广泛）和低频透射式 * 金属导体： 线圈： 线圈与金属导体间的距离 电阻率、相对导磁率、厚度 大小 线圈激励信号频率 3.3 电涡流式传感器 * 3.3 电涡流式传感器 3.3.1.1 基本原理 如图：当线圈通交变电流i1 交变磁场H1 金属板中将产生感应电动势 电涡流i2 磁场H2 H2对线圈的反作用(减弱线圈原磁场),从而导致线圈的电感量L、阻抗Z或品质因数Q发生变化。 显然，线圈的阻抗Z可以用一个函数表达式来描述： 电涡流传感器实质是一个线圈-导 体系统。系统中，线圈的阻抗是一 个多元函数，若激励线圈和金属导体 材料确定后，可使?，?，t，r，I及 ?等参数不变，则此时线圈的阻抗Z就 成为距离x的单值函数，即： Z=f(x) * 3.3.1.2等效电路分析 由线圈—金属导体系统构成的电涡流传感器可以用右图所示的等效电路来分析。 根据基尔霍夫定律，可 以列出电路方程组为: 联立解得： * 3.3.1.2等效电路分析 由此可得传感器线圈由于受金属导体中电涡流效应影响的复阻抗为: 得出线圈的等效电阻和等效电感分别为: * 变磁阻式传感器 电磁感应 被测非电量 自感系数L 互感系数M 测量电路 U、I、f 自感式传感器 互感式传感器 电涡流式传感器 电感式接近传感器 * 电感式传感器的优缺点 优点： 结构简单，工作可靠； 测量精度高，零点稳定； 灵敏、分辨率高（位移变化可达0.01?m)； 输出功率较大等。 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被广泛采用。 缺点： 灵敏度、线性度和测量范围相互制约,传感器自身频率响应低,不适用于快速动态测量。存在交流零位信号。 * 主要内容 3.1 电感式传感器 3.2 差动式变压器 3.3 电涡流式传感器 * 3.1.1气隙型电感式传感器 一、工作原理 总磁阻 线圈匝数 空气导磁率 磁导率 导磁率H/m * 衔铁下移 二、自感传感器的结构 1、变气隙式自感传感器 * 2、差动自感传感器 衔铁下移： 忽略高次项： 提高一倍 * 3.1.2 螺管式电感传感器 特点：测量范围大，数百毫米，灵敏度低，大量程直线位移。 差动螺管式自感传感器 测量范围 1 ~ 200mm 线性度 0.1% ~ 1% 分辨率 0.01um * 3.1.3电感线圈的等效电路 电感线圈的等效电路（如图） 式中，Rc为铜耗电阻；Re为涡流损耗电阻；Rh为磁滞损耗电阻；C为线圈的匝间电容和分布电容。 * 3.1.4 测量电路 1、交流电桥式测量电路 差动自感传感器： * 初始位置 衔铁下移 2、变压器式交流电桥 * 衔铁上移 衔铁下移 * 3.1.4.2 交流电桥的平衡 交流电桥要完全平衡，必须同时满足两个条件，即输出电压的实部和虚部均为零 几种常用的电阻—电容调平衡的桥路形式 由图可见，调节电位器RW的触点或可调电容C1和C2，将改变相应的桥臂阻抗，从而达到电桥电路的实部和虚部完全平衡的目的。以图(a)为例，移动电位器RW的触点，就改变了桥臂上R1和R2的并联容抗值，使它与L1和L2相平衡。 平衡调节范围与C0有关，C0越大，平衡调节范围越大。 * 3.1.5电感式传感器的设计原则 电感式传感器设计时应考虑给定的技术指标，如量 程、准确度、灵敏度和使用环境等。传感器的灵敏度 实际上常用单位位移所引起的输出电压变化来衡量， 是传感器和测量电路的综合灵敏度，在确定设计方案 时必须综合考虑传感器和测量电路。 传感器的量程是指其输出信号与位移量之间成线性 关系(允许有一定误差)的位移范围。它是确定传感器 结构形式的重要依据。 * 3.1.5电感式传感器的设计原则 单线圈螺管式用于特大量程，一般常用差动螺管式。 差动螺管式传感器的结构简图 为了满足当铁芯移动时线圈内部磁通变化的均匀性，保持输出电压与铁芯位移量之间的线性关系，传感器必须满足三个要求：铁芯的加工精度；线圈架的加工精度；线圈绕制的均匀性。 改变铁芯长度传感器的输出特性