传感器原理及应用技术 第3章 电感传感器.pptVIP

传感器原理及应用技术（第2版） 第3章电感式传感器 3.1 自感式电感传感器及其应用 3.2 差动变压器及其应用 3.3 电涡流式传感器及其应用 小 结 3.1 自感式电感传感器及其应用 3.1.1 自感式传感器工作原理 3.1.2 自感式电感传感器的测量电路 3.1.3 自感式电感传感器的应用 3.1.1 自感式传感器工作原理 自感式电感传感器的结构示意图如图3.1所示，它主要由线圈、铁心和衔铁三部分组成。 1. 变气隙式电感传感器 变气隙式电感传感器结构原理如图3.1（a）所示。根据电磁学知识，线圈电感为 由于变气隙式电感传感器的气隙通常较小，可以认为气隙间磁场是均匀的，磁路是封闭的，因此可忽略磁路损失。总磁阻为 所以，电感线圈的电感量为 电感线圈结构确定后，电感与面积成正比，与气隙长度成反比。这样，只要被测量能引起面积和气隙的变化，都可用电感传感器进行测量。 其灵敏度为 为提高灵敏度并保证一定的线性度，变隙式传感器只能工作在很小的区域，因而只能用于微小位移的测量。 2. 变截面式电感传感器 3. 螺管式结构电感传感器 4. 差动电感传感器 上述三种传感器，由于线圈中有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电磁吸力，而且易受电源电压、频率波动以及温度变化等外界干扰的影响，输出易产生误差，非线性也较严重，因此不适合精密测量。在实际工作中常采用差动式结构，这样既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小测量误差。 3.1.2 自感式电感传感器的测量电路 自感式电感传感器的测量转换电路通常采用电桥电路，其作用是把电感量的变化转换为电压或电流信号，以便送入后续放大电路进行放大，然后由仪器指示或记录。 1.变压器交流电桥电路 变压器电桥电路的输出电压随位移方向不同而反相180℃，但是由于桥路电源是交流电，所以若在转换电路的输出端接上普通仪表时，无法判别输出的极性和衔铁位移的方向。此外，当衔铁处于差动电感的中间位置时，可以发现，无论怎样调节衔铁的位置，均无法使测量转换电路输出为零，总有一个很小的输出电压(零点几个毫伏，有时甚至可达数十毫伏)存在，这种衔铁处于零点附近时存在的微小误差电压称为零点残余电压。 产生零点残余电压的具体原因有：① 差动电感两个线圈的电气参数、几何尺寸或磁路参数不完全对称；② 存在寄生参数，如线圈间的寄生电容及线圈、引线与外壳间的分布电容；③ 电源电压含有高次谐波；④ 磁路的磁化曲线存在非线性。 减小零点残余电压的方法通常有：① 提高框架和线圈的对称性；② 减小电源中的谐波成分；③ 正确选择磁路材料，同时适当减小线圈的励磁电流，使衔铁工作在磁化曲线的线性区；④ 在线圈上并联阻容移相电路，补偿相位误差；⑤ 采用相敏检波电路。 2. 相敏检波电路 为使相敏检波电路可靠地工作，必须满足两个条件 3.1.3 自感式电感传感器的应用 自感式电感传感器的应用很广泛，它不仅可直接用于测量位移，还可以用于测量振动、应变、厚度、压力、流量、液位等非电量。下面是自感式传感器应用的一些实例。 1. 压力测量 2. 位移测量 3. 自感式测厚仪 4. 电感传感器在仿形机床中的应用 5. 电感式接近开关 3.2 差动变压器及其应用 3.2.1 差动变压器的工作原理和结构形式 3.2.2 差动变压器的测量电路 3.2.3 差动变压器的应用 3.2.1 差动变压器的工作原理和结构形式 1. 工作原理 互感式电感传感器本身相当于一个变压器，当一次线圈接入电源后，二次线圈就将产生感应电动势，当互感变化时，感应电动势也相应变化。差动变压器像自感传感器一样，也有变气隙式、变面积式和螺管式三种类型，目前应用最广泛的是螺管式差动变压器。 2. 结构形式 3.2.2 差动变压器的测量电路 差动变压器的输出电压是交流分量，若用交流电压表测量，既不能反映衔铁移动的极性，又不能解决零点残余电压问题，为此，常采用差动相敏检波电路和差动整流电路。 差动相敏检波电路 2. 差动整流电路 差动整流电路是差动变压器常用的测量电路，把差动变压器两个输出线圈的侧电压分别整流后，以它们的差作为输出，这样侧电压上的零点残余电压就不会影响测量结果。 3.2.3 差动变压器的应用 1. 差动变压器压力传感器 2. 差动变压器式加速度传感器 3. 差动变压器式力传感器 ４. 差动变压器式线性位移传感器 3.3 电涡流式传感器及其应用 3.3.1 电涡流式传感器工作原理和结构形式 3.3.2 电涡流式传感器的测量电路 3.3.3 电涡流式传感器的应用 3.3.1 电涡流式传感器工作原理和结构形式 1. 工作原理 2. 结构形式 电涡流式传感器主要由框架和安置在框架上的线圈组成，目前使用比较普遍的是矩形截