第三章 节 电感式传感器 《传感器（第5版）》课件.pptxVIP

普通高等教育“十一五”国家级规划教材传 感 器（第5版）普通高等教育“十一五”国家级规划教材第三章 电感式传感器第一节 工作原理第二节 转换电路和传感器灵敏度第三节 零点残余电压第四节 应用举例第五节 电涡流式传感器第六节 压磁式传感器第七节 感应同步器目录.pptx返回主目录第三章 电感式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量（自感或互感）的一种装置。可用来测位移、压力、振动等多种非电量，既可用于静态测量，又可用于动态测量。优点：结构简单可靠、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、对工作环境要求不高、分辨力较高(如在测量长度时一般可达0.1μm)、示值误差一般为示值范围的0.1%～0.5%、稳定性好。缺点：频率响应低，不宜用于快速测量。此外，利用电涡流原理的电涡流式传感器，利用压磁原理的压磁式传感器，利用平面绕组互感原理的感应同步器等，亦属此类。第三章 电感式传感器第一节 工作原理在图3-1a、b中，尽管在铁心与衔铁之间有一个空气隙，但由于其值不大，所以磁路(图中点划线表示磁路)是封闭的。根据磁路的基本知识，线圈自感可按下式计算图3-1　自感式传感器原理图a)气隙型　b)截面型　c)螺管型1—线圈　2—铁心　3—衔铁式中　N——线圈匝数； Rm——磁路总磁阻。第一节 工作原理因为气隙厚度δ较小，可以认为气隙磁场是均匀的，若忽略磁路铁损，则由铁心磁阻和空气隙磁阻组成的总磁阻为式中　 li——各段导磁体的长度；　 μi——各段导磁体的磁导率； S i——各段导磁体的截面积； δ——空气隙的厚度； μ0 ——真空磁导率，μ0 =4π×10-7H/m； S ——空气隙截面积（图3-1b中，S= a×b）。将Rm代入上式可得第三章 电感式传感器第二节 转换电路和传感器灵敏度一、转换电路把传感器的自感(或互感)接入不同的转换电路后，原则上可将其转换成电压(电流)的幅值、频率、相位的变化，它们分别称为调幅、调频、调相电路。在自感式传感器中，调幅电路用得较多，调频、调相电路用得较少。（一）调幅电路（交流电桥）图3-3所示为变压器电桥，Z1、Z2为传感器两个线圈的阻抗，另两臂为电源变压器二次线圈的两半，每半的电压为u/2。输出空载电压为图3-3变压器电桥第二节 转换电路和传感器灵敏度在初始平衡状态，Z1=Z2=Z，uo=0。当衔铁偏离中间零点时，Z1=Z+ΔZ、Z2=Z-ΔZ，代入上式得传感器线圈的阻抗变化ΔZ由损耗电阻变化ΔR及感抗变化ωΔL两部分组成，即 。考虑到电感线圈的品质因数Q=ωL/R，则代入式(3-9)可得第二节 转换电路和传感器灵敏度若忽略ΔR/R，则若能设计成ΔL/L=ΔR/R，或使其有较大的Q值，则上式为第二节 转换电路和传感器灵敏度（二）调频电路基本原理是传感器自感L的变化引起输出电压频率f的变化。图中G表示振荡回路，其振荡频率 ，当L变化时，振荡频率随之变化，根据f的大小即可算出被测量。当L有了微小变化ΔL后，频率变化Δf为图3-5调频电路第二节 转换电路和传感器灵敏度（三）调相电路基本原理是传感器电感L变化会引起输出电压相位j变化。j与L的关系为式中 ω——电源角频率。在这种情况下，当L有了微小变化ΔL后，输出电压相位变化Δφ为图3-6调相电路第二节 转换电路和传感器灵敏度二、传感器灵敏度自感传感器的灵敏度是指传感器结构(测头)和转换电路综合在一起的总灵敏度。。传感器结构灵敏度kt定义为自感值相对变化与引起这一变化的衔铁位移之比，即转换电路的灵敏度kc定义为空载输出电压uo与自感相对变化之比，即总灵敏度为第三章 电感式传感器第三节 零点残余电压当两线圈的阻抗相等（即Z1=Z2）时，电桥平衡，输出电压为零。由于传感器阻抗是一个复数阻抗，有感抗也有阻抗，为了达到电桥平衡，就要求两线圈的电阻R相等，两线圈的电感L相等。实际上，这种情况是难以精确达到的，就是说不易达到电桥的绝对平衡。若画出衔铁位移x与电桥输出电压Uo有效值的关系曲线，则如图3-8所示，虚线为理想特性曲线，实线为实际特性曲线，在零点总有一个最小的输出电压。一般把这个最小的输出电压称为零点残余电压，并用e0表示。图3-8 Uo-x 特性曲线图 第三节 零点残余电压为了尽可能地减少零残电压，主要措施：设计时应使上、下磁路对称；制造时应使上下磁性材料特性一致，磁筒、磁盖、磁芯要配套挑选，线圈排列要均匀，松紧要一致，最好每层的匝数都相等。至于匝间电容，其值较小，在高频时要考虑，在音频范围内关系不大。第三章 电感式传感器第四节 应 用 举 例图3