《第5章电感式传感器原理及其应用.ppt

第5章 电感式传感器原理及其应用 5.1概述 5.2 自感式传感器 5.3差动变压器式传感器 5.4电涡流式传感器 5.1概述 1.电感式传感器的定义 利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感系数 或互感系数 的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，这种装置称为电感式传感器。 2.电感式传感器的分类 电感式传感器可分为自感式传感器、差动变压式传感器和电涡流传感器三种类型。 5.2 自感式传感器 5.2.1自感式传感器的结构 自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯与衔铁由硅钢片或坡莫合金等导磁材料制成。 5.2.2自感式传感器的工作原理 自感式传感器是把被测量变化转换成自感L的变化，通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。 传感器在使用时，其运动部分与动铁心（衔铁）相连，当动铁芯移动时，铁芯与衔铁间的气隙厚度 发生改变，引起磁路磁阻变化，导致线圈电感值发生改变，只要测量电感量的变化，就能确定动铁芯的位移量的大小和方向。 当铁芯的结构和材料确定后，自感L是气隙厚度 和气隙磁通截面积S的函数，即 。 如果S保持不变，则L为 的单值函数，可构成变气隙型自感传感器；如果保持 不变，使S随位移而变，则可构成变截面型自感传感器；如果在线圈中放入圆柱形衔铁，当衔铁上下移动时，自感量将相应变化，就构成了螺线管型自感传感器。 电感式传感器的特点： （1）结构简单：没有活动的电触点，寿命长。 （2）灵敏度高：输出信号强，电压灵敏度每毫米能达到上百毫伏。 （3）分辨率大：能感受微小的机械位移与微小的角度变化。 （4）重复性与线性度好：在一定位移范围内，输出特性的线性度好，输出稳定。 （5）电感式传感器的缺点是存在交流零位信号，不适宜进行高频动态测量。 5.2.3差动式自感传感器 由于线圈中通有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电磁吸力，会引起振动和附加误差，而且非线性误差较大。外界的干扰、电源电压频率的变化、温度的变化都会使输出产生误差。 在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁，构成差动式自感传感器，两个线圈的电气参数和几何尺寸要求完全相同。 这种结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等的影响也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差，可以减小测量误差。 1.差动式自感传感器的结构 三种形式的差动式自感传感器以变气隙厚度式电感传感器的应用最广。 2.差动式自感传感器的特点 自感系数特性曲线如图所示。 2.差动式自感传感器的特点 差动气隙式电感传感器由两个相同的电感线圈1、2和磁路组成。 测量时，衔铁通过测杆与被测位移量相连，当被测体上下移动时，导杆带动衔铁也以相同的位移上下移动，使两个磁回路中磁阻发生大小相等，方向相反的变化，导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式。 5.2.4电感式传感器的测量电路 自感式传感器实现了把被测量的变化为电感量的变化。为了测出电感量的变化，就要用转换电路把电感量的变化转换成电压（或电流）的变化，最常用的转换电路有调幅、调频和调相电路。 1.调幅电路 （1）变压器电路 图5-8所示为变压器电桥， 和 为传感器两个线圈的阻抗，另两臂为电源变压器二次侧线圈的两半，每半的电压为 。 （1）变压器电桥电路 （2）相敏检波电路 （3）调频电路 （4）调相电路 5.2.5电感式传感器的应用电路 2. 变气隙式差动电感压力传感器 变气隙式差动电感压力传感器主要由C形弹簧管、衔铁、铁芯和线圈等组成。 3.其他应用 电感式传感器还可以应用于磨加工主动测量、测量长度位移量和制做电子测微仪。 5.3差动变压器式传感器 把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感器称为互感式传感器。 这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，把被测位移量转换为一次线圈与二次线圈间的互感量变化的装置。当一次线圈接入激励电源后，二次线圈就将产生感应电动势，当两者间的互感量变化时，感应电动势也相应变化。 由于两个二次线圈采用差动接法，故称为差动变压器式传感器，简称差动变压器。 利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感系数或互感系数的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，这种装置称为电感式传感器。 5.3.1差动变压器的结构 差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管线等。 a、b两种结构的差动变压器，衔铁均为板形，灵敏度高，测量范围则较窄，一般用于测量几微米到几百微米的机械位移。 对于位移在1mm至上百毫米的测量，常采用圆柱形衔铁的螺管型差动变压器，如c、d两种结构。 e、f两种结构是测量转角的差动变压器，通常可测