传感器与检测技术 力学量传感器 4-4 电感式压力传感器.pptxVIP

第4章 力学量传感器;4.4 电感式压力传感器;4.4.1 自感式压力传感器的工作原理;由磁路欧姆定律有  在忽略磁路磁损的情况下，磁路总磁阻为  通常μ0μ1、μ0μ2则线圈中电感量近似为  　　 当线圈匝数N为常数时，只要改变δ或A0均可改变磁阻并最终导致电感变化。分为变气隙厚度和变气隙面积两种情形，前者使用最为广泛。电感L与气隙厚度δ间是非线性关系。 设自感式压力传感器的初始气隙厚度为δ0，初始电感量为L0，则有 　 ;（1）当衔铁上移Δδ时传感器气隙厚度相应减小，即，则此时输出电感为　　 当Δδ/δ01时，可将上式用泰勒（Tylor）级数展开得到 ;（2）当衔铁下移Δδ时 δ=δ0+Δδ，可推得  作线性处理并忽略高次项，可得　 灵敏度为：　 由此可见，灵敏度的大小取决于气隙的初始厚度，是一个定值。自感式传感器主要用于测量微小位移量和力学量，为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变气隙厚度电感式传感器。; 2. 差动电感式压力传感器 由两个相同的电感线圈和磁路组成。测量时，衔铁与被测量（力F、压力P）相连，当被测量变化时将带动衔铁上下移动，两个磁回路的磁阻发生大小相等、方向相反的变化，一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动结构。 将两个电感线圈接入交流电桥的相邻桥臂，另两个桥臂由电阻组成，电桥的输出电压与电感变化量ΔL有关。;当衔铁上移时有 对上式进行线性处理并忽略高次项（非线性项）可得　 灵敏度为 　 比较单线圈和差动两种变气隙电感式压力传感器的特性可知：差动式比单线圈式的灵敏度提高一倍；线性度得到明显改善。;4.4.2 自感式压力传感器的测量电路;对于高Q值（即ωLR）的差动电感式传感器，有ΔZ1≈jωΔL1，ΔZ2≈jωΔL2，ΔZ0≈jωΔL0，此时电桥的输出电压为  对于差动式结构ΔL1=ΔL2，ΔZ1=ΔZ2，上式可改写为　　 由此可见，电桥输出电压与气隙厚度的变化量Δδ成正比关系。当衔铁下移时，Z1、Z2的变化方向相反，类似地可推得 ; 2. 变压器式交流电桥  本质上与交流电桥的分析方法完全一致。电桥的两个桥臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗，另外两个桥臂为交流变压器次级线圈阻抗的一半。当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压为 ;（1）当传感器的衔铁位于中间位置时，即Z1=Z2=Z0，此时，输出电压为0，电桥处于平衡状态。（2）当传感器衔铁上移时，设Z1=Z0+ΔZ，Z2=Z0-ΔZ（有ΔZ1=ΔZ2，ΔL1=ΔL2，ΔL=ΔL1+ΔL2。忽略高次非线性项的情况下成立。），在高Q情况下有 （3）当传感器衔铁下移时，则Z1=Z0+ΔZ，Z2=Z0-ΔZ，此时有　　　　 可见：衔铁上、下移动时，输出电压相位相反，大小随衔铁的位移而变化。因输出是交流电压，输出指示无法判断位移方向，可采用适当的处理电路（如相敏检波电路）。; 3. 谐振式测量电路 （1）谐振式调幅电路L代表电感式传感器的电感，它与电容C和变压器的原边串联在一起，接入交流电源 ，变压器副边将有电压 输出，输出电压的频率与电源频率相同，但其幅值却随着传感器的电感L的变化而变化，如图4.26(b)所示。 图中L0为谐振点的电感值。此电路的灵敏度很高（变化曲线陡峭），但线性差，适用于线性要求不高的场合。 ; （2）谐振式调频电路 传感器的电感的变化将引起输出电压的频率发生变化，如图4.27(b)所示，f与L也呈明显的非线性关系。这是因为传感器电感与电容接入一个振荡回路中，其振荡频率取决于 　  当L变化时，振荡频率随之变化，根据频率的大小即可确定被测量的值。 ;4.4.3 互感式压力传感器;