电气与电子测量技术（上海交通大学）第三章 常用传感器及其调理电路.pptVIP

解：由图可见，当h=0时，CX=CX0=C0，且电位器RP（阻值RP）的电刷在O点，即R=0，此时电桥应平衡，电桥输出电压Uac=0，则 当液位为h时，CX=CX0+ΔC，ΔC=k1h，k1为电容传感器的灵敏度。此时Uac≠0，经放大后，使单相电动机转动，经减速后带动指针转动，同时带动电位器的电刷移动，直到Uac=0，系统重新平衡为止，此时 联立求解上面两式得： 由于指针转角θ与电位器电刷同轴相连，它们间的关系为： θ=k2R 因此 其中， k2为比例系数 可见，指针偏转转角θ与液位高度h成比例。 调频电路 将电容式传感器的电容接入LC高频振荡电路，将电容的变化转换成振荡频率受传感器电容的调制，因此称为调频电路，其工作原理见下图 调频电路原理图 差动脉冲调宽电路 差动脉冲调宽电路 差动脉冲调宽电路的输出波形 电容传感器的特点及其应用范围 优点：结构简单，灵敏度高，分辨率高，无反作用力，需要的动作能量低，动态响应好，可实现无接触测量，能在恶劣的环境下工作； 缺点：输出特性非线性，受分布电容影响大。 电容传感器可以用来测量直线位移、角位移、振动振幅尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差压、液位、料面、成分含量（如油、粮食、木材的含水量）及非金属材料的涂层、油膜等的厚度。此外，也可以用来测量电介质的温度、密度、厚度等。 例：电容式传声器 电感式传感器 电感式传感器 电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩等各种非电物理量。 位移、振动、压力、流量、重量、力矩 电感 电压、电流 优点： 结构简单，寿命长； 灵敏度高（1mm ： → 几百mV）； 分辨力好（0.01μm）； 重复性好，线性度优； 缺点： 频率响应较低，不宜快速动态测量； 分辨力与测量范围有关，测量范围小，分辨力高，反之则低。 分类: 电感式传感器 自感型 互感型 变面积型自感传感器 螺线管型自感传感器 变间隙型自感传感器 差动变压器式传感器 压磁式传感器 电涡流式传感器 简单自感式传感器的原理及特性 a）变气隙式 b）变面积式 c）螺管式 自感式电感传感器的原理及特性 简单自感传感器结构由线圈、铁心和衔铁所组成。线圈是套在铁心上的。在铁心与衔铁之间有一个空气隙 ，其厚度为 。根据磁路的基本知识，传感器线圈的电感量可按下式计算： 式中， 为线圈匝数； 为以平均长度表示的磁路的总磁阻。如果空气隙厚度 较小，而且不考虑磁路的铁损，则总磁阻为： 因为一般空气隙的磁阻比导磁体的磁阻大很多，故在计算时，可忽略导磁体磁阻，则有： 变气隙式自感传感器的工作特性 电感和灵敏度均随气隙的增大而减小。 由上页分析可知线圈的电感值可近似地表示为 变气隙式自感传感器的工作特性 当 时，电感变化量为： 同理当 时，电感变化量为： 式中第一项为线性项，其灵敏度为： 而第二项以后是非线性项，含有n次方的非线性。 若仅考虑二次方非线性，其非线性误差为： 由此可看出变气隙式自感传感器的特点：灵敏度高，测量范围小，但非线性误差大，为减小非线性误差， 不能太大，通常取 为宜。 变截面积式自感传感器的工作特性 铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变化面改变，导致线圈的电感量发生变化，这种形式称之为变面积型电感传感器，见图1。L与δ是非线性的，但与S成线性，特性曲线参见图。 由此可看出变截面积式自感传感器的特点： 测量范围较大，非线性误差 小，但灵敏度较低。 螺管式自感传感器的工作特性 衔铁随被测物移动，引起磁阻发生变化，导致电感量改变。 线圈电感量与衔铁进入线圈的长度可表示为： 通过以上分析可得结论: I.? 变间隙型灵敏度较高，但非线性误差较大； II.? 变面积型灵敏度较小，但线性较好,量程较大； III.?螺管型灵敏度较低，但量程大且结构简单。 同步分离法测复阻抗 通过乘法器1有 滤去2ωt项 同理通过乘法器2 滤去2ωt项 差动式电感传感器 由于自感传感器具有初始电感，线圈流向负载的电流不为零，衔铁永远受有吸力，线圈电阻受温度影响引起温度误差，灵敏度低等缺点