第四章(3)-电感传感器.ppt

4.3电感传感器4.3.1自感式传感器4.3.2互感式传感器4.3.3电涡流式传感器优点：⑴.结构简单、可靠、测量压力小、寿命长；⑵.分辨率高（位移变化0.01μm，角度变化0.1O）；⑶.重复性好，线性度优良（非线性误差可达0.05%～0.1%）；⑷.输出信号强，不经放大的输出电压可达几十到几百毫伏。4.1自感式传感器一、自感电动势与电感根据法拉第电磁感应定律，每匝产生的感应电动势为，对于一个磁路按欧姆定律可写成下列形式：代入式二、电感计算及特性分析1．气隙型传感器气隙型电感传感器的灵敏度为：2.差动自感传感器⑴.结构 为了减小非线性，可利用两只完全对称的单个电感传感器合用一个活动衔铁，构成差动式电感传感器，如差动式气隙电感传感器、差动螺管电感传感器等。其测量电路可使用非平衡电桥、相敏整流电路等。差动自感传感器原理图结论：在衔铁位移时，两输出电流变化量大小相等，极性相反，且大小是2?I关系。输出电压跟随输出电流做相应变化。差动电感传感器的输入输出特性为灵敏度为：三、差动自感传感器测量电路（2）动铁上移时：

δ1↓→L1↑→Z1↑=Z+ΔZ

δ2↑→L2↓→Z2↓=Z－ΔZ

（3）动铁下移时：同理可得2．带相敏整流的交流电桥工作原理：测量电桥引入相敏整流后还可以消除残余电压3.调频电路4.调相电路5.传感器灵敏度自感传感器的灵敏度指传感器结构（测头）和转换电路综合在一起的总灵敏度。传感器结构的灵敏度即电感值相对变化与引起这一变化的衔铁位移之比传感器的灵敏度为：四、影响传感器精度的因素分析1.电源电压和频率的波动影响电源电压的波动一般允许为5%～10%。严格对称的交流电桥可补偿频率波动的影响。2.?温度变化的影响为补偿温度变化的影响，在结构设计时要合理选择零件的材料（注意各种材料的膨胀系数之间的配合），在制造和装配工艺上应使差动式传感器的两只线圈的电气参数（电阻、电感、匝数）和几何尺寸尽可能一致。上述措施可在对称电桥电路中有效地补偿温度的影响。3.非线性特性的影响

除采用差动式结构外，还须限制衔铁的最大位移量4.输出电压与电源电压之间的相差采用相敏整流电路，和高Q值传感器，一般Q值不应低于3～4。5.电桥的残余不平衡电压——零点残余电压减小零点残余电压的措施是减少电源中的谐波成分，减小电感传感器的激磁电流，使之工作在磁化曲线的线性段。为了消除电桥的零点残余电压，在差动电感电桥的电路中通常再接入两只可调电位器，当电压有零点残余电压时，可以反复调节两只电位器，使电桥实现平衡。五、自感式传感器的应用互感传感器——将被测量转换为传感器件的互感变化量的传感器。一、工作原理二、螺管型差动变压器2.基本特性差动变压器的空载输出电压为：⑴.磁芯处于中间平衡位置时M1=M2=MUO=0⑵.磁芯上升时M1=M+ΔM,M2=M-ΔM3.主要性能

（1）输出电压特性图中Uo为动铁4与次线某线圈完全不耦合时的输出电压，称之为残余电压。ΔX表示动铁4与次级某线圈实际位移的范围。（2）灵敏度差动变压器在单位电压激励下，铁芯移动单位距离时所产生的输出电压。以mv/mm.V表示。③适当增加动铁芯截面积，以减小磁路磁阻，同时减小铁损。④适当增加次级线圈的匝数N2，一般取N2=（1～2）N1。三、转换电路1．反串电路2.桥路灵敏度只有反串电路的一半，但可利用RP进行电气调零，不再需要另外配置调零电路。3．差动整流电路4.相敏检波电路相敏整流放大器单片集成电路LZXI

功能：把输入交流信号经过全波整流后变为直流信号，并能鉴别输入信号相位等功能。四、零点残余电压的补偿产生零点残余电压的主要原因：?两个绕组不能绝对对称。?铁芯的磁化曲线的非线性。消除零点残余电压的方法：?保证对称性?选用合适的测量线?用补偿线路补偿零点残余电压的电路五、应用举例力平衡式差压计薄膜加工过程中张力控制原理的示意图零点残余电压产生的原因：⑴.差动式两个电感线圈的电气参数以及导磁体的几何尺寸不可能完全对称；⑵.传感器具有铁损即磁芯磁化曲线的非线性；⑶.电源电压中含有高次谐波；⑷.线圈中有寄生电容，线圈与外壳、铁芯间有分布