机电工程第四章范例.ppt

南昌航空大学航空与机械学院 电感式传感器的工作原理：电磁感应。 它是把被测量如位移等，转换为电感量变化的一种装置。按照转换方式的不同，可分为自感式 、互感式和电涡流式三种。 用途及特点：常用来测量位移、振动、压力、应变、流 量、比重等物理量参数。 优点：具有结构简单、工作可靠、寿命长、使用范围广 缺点：存在交流零位信号，不适宜高频动态测量。 F 将一只交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的36V交流电压源上，这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。 4－1自感式电感传感器 基本工作原理演示 气隙变小，电感变大，电流变小 F 基本工作原理 当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，线圈的电感量L和感抗XL 较小，所以电流I 较大。当铁心闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。 自感式电感传感器常见的形式 变隙式 变截面式 螺线管式 一、变气隙式自感传感器 根据电磁感应定律，当线圈中通以电流 i 时，产生磁通，其大小与电流成正比 式中，W—线圈匝数;? L—线圈电感，单位为亨(H)； 根据磁路欧姆定律，磁通φm为： 所以，线圈电感(自感)可用下式计算: 1、线圈电感的计算 如果空气隙δ较小，而且不考虑磁路的铁损时，则磁路总磁阻为： 式中:?l—导磁体 (铁芯)的长度(m)； μ—铁芯导磁率(H/m)； A—铁芯导磁横截面积(m2); δ—空气隙长度(m); μ0 —空气导磁率； A0—空气隙导磁横截面积(m2)。 2、磁路总磁阻的计算 因为μ＞＞μ0，则 因此，自感L可写为： 上式表明，自感L与气隙δ成反比，而与气隙导磁截面积A0成正比。当固定A0不变，变化δ时，L 与δ呈非线性（双曲线）关系。此时，传感器的灵敏度为 灵敏度S与气隙长度的平方成反比，δ愈小，灵敏度愈高。由于S不是常数，故会出现非线性误差，为了减小这一误差，通常规定δ在较小的范围内工作。 3、灵敏度分析 例如，若间隙变化范围为（ ），则灵敏度为 由上式可以看出，当 时，灵敏度S趋于定值，即输出与输入近似成线性关系。实际应用中，一般取 。这种传感器适用于较小位移的测量，一般约为0.001～1 mm. 二、变面积式自感传感器 若将变气隙式自感传感器的气隙厚度δ保持不变，使气隙导磁截面积A随被测非电量而变，即构成变面积式自感传感器。 变面积式自感传感器输出特性呈线性，因此测量范围大。与变气隙式相比，其灵敏度较低。欲提高灵敏度，初始气隙厚度δ0不能过大，但同样受工艺和结构的限制，δ0的选取与变气隙式相同。 工作原理演示 变面积式自感传感器工作原理动画演示 三、螺管式自感传感器 它与前两种传感器相比，有以下特点： ⑴结构简单，制造装配容易； ⑵由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰； ⑶ 由于空气隙大，磁路磁阻大，固灵敏度较前两种低，但线性范围大； ⑷由于磁阻高，为了达到某一电感量，需要的线圈匝数多，因而线圈分布电容大； 四、差动式自感传感器： 上述三种自感式传感器，由于线圈电流的存在，衔铁上始终作用有电磁吸力，影响测量准确度；而且易受电源电压、频率的波动与温度变化等外界干扰的影响，因此不适合精密测量。为了克服上述缺点，所以大都采用差动式。 当衔铁向上移动时，两个线圈的电感变化量ΔL1、ΔL2 曲线1、2为L1、L2 的特性，3为差动特性 结论： 1、提高灵敏度可一倍 2、改善了线性特性 3、补偿误差 4、辨向 二、测量电路 u0 (1) 交流电桥 输出空载电压 初始平衡状态，Z1=Z2=Z, u0=0 衔铁偏离中间零点时 使用元件少，输出阻抗小, 获得广泛应用 z2 z1 u/2 u/2 上一页 返 回 下一页 传感器衔铁移动方向相反时 空载输出电压 两种情况的输出电压大小相等，方向相反，即相位差180 为了判别衔铁位移方向，就是判别信号的相位， 要在后续电路中配置相敏检波器来解决 上一页 返 回 下一页 （二)交流电桥的调幅作用 (三)相敏检波电路 通过相敏检波电路可以得到一个大小和极性随被测信号的幅值和极性 变化的电