第4章 电感式传感器综述.ppt

第4章 电感式传感器; ;电磁感应原理;*;1.优点: 结构简单, 工作可靠, 测量精度高, 零点稳定, 输出功率较大等一系列优点, 这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制, 在工业自动控制系统中被广泛采用。 2. 缺点:是灵敏度、线性度和测量范围相互制约, 传感器自身频率响应低, 不适用于快速动态测量。;电感式传感器种类很多, 本章主要介绍自感式、差动变压器式（互感式）、电涡流式传感器这三大类传感器。 ;*;*;*;*;*;*;*;变隙式传感器特点： 灵敏度高，非线性严重，为限制线性误差，示值范围小，因衔铁在运动方向上受铁心的限制，自由行程小，制造和装配困难。;*;变截面式传感器特点： 灵敏度低具有较好的线性度，测量范围可稍大一点。;*;螺线管式传感器特点： 灵敏度比变面积式更低，但示值范围大，线性度也较好，得到广泛应用。;上述三种传感器的线圈中均通有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电磁吸力，会引起附加误差，且非线性误差较大。另外，外界的干扰(如电源电压、频率、温度的变化)也会使输出产生误差，所以在实际工作中常采用差动形式，这样既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小测量误差。 ;*;曲线1、2为L1、L2 的特性，3为差动特性;*;*;*;*;相敏检波电路;*;*;*; 1—引线电缆 2—固定磁筒 3—衔铁 4—线圈 5—测力弹簧 6—防转销 7—钢球导轨（直线轴承） 8—测杆 9—密封套 10—测端 11—被测工件 12—基准面 ;图4-22 自感式压力传感器的结构原理图 ;*;*; 差动变压器的结构原理如图4-8所示。在线框上绕有一组输入线圈（称一次线圈）；在同一线框的上端和下端再绕制两组完全对称的线圈（称二次线圈），它们反向串联，组成差动输出形式。 理想差动变压器的原理如图4-9。图中标有黑点的一端称为同名端，通俗说法是指线圈的“头”。 ;图4-10 差动变压器式传感器的结构;*; 从图4-12中可看出，当衔铁位于中心位置，输出电压 并不是零电位，这个电压就是零点残余电压 它的存在使差动变压器式传感器的输出特性曲线不经过零点，造成实际特性和理论特性不完全一致。 ;（a）半波电流输出电路 （b）全波电流输出电路 图4-13 差动整流电路 ;*;*;*;1.差动变压器式加速度传感器 图 4-23 差动变压器式加速度传感器的结构原理图 1—悬臂梁； 2—差动变压器; 1—标准靠模样板 2—测端（靠模轮） 3—电感测微器 4—铣刀龙门框架 5—立柱 6—伺服电动机 7—铣刀 8—毛坯 ; 仿形机床采用 闭环工作方式;电感式滚珠直径自动分选装置;电涡流式传感器具有结构简单、频率响应快、灵敏度高、测量范围大、抗干扰能力强的优点，在工业生产和科学技术的各个领域中都得到了广泛的 应用。 电涡流式传感器可以对位移、振幅、表面温度、速度、应力、金属板厚度及金属物件的无损探伤等物理量实现非接触式测量。 ;根据法拉第电磁感应定律，金属导体置于变化的磁场中时，导体表面就会有感应电流产生。电流的流线在金属体内自行闭合，这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称为电涡流。 电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为电涡流效应。 ;4.3.2 电涡流式传感器的工作原理;电涡流式传感器是利用电涡流效应，将非电量转换为阻抗的变化而进行测量的。 根据电涡流在导体中的贯穿情况，通常把电涡流式传感器按励磁电源频率的高低分为高频反射式传感器和低频透射式传感器，前者的应用较为广泛。 ;图4-15 电涡流式传感器的结构 1—线圈； 2—框架； 3—框架衬套； 4—支架； 5—电缆； 6—插头;4.3.2 电涡流式传感器的工作原理;根据法拉第定律, 当传感器线圈通以正弦交变电流 时, 线圈周围空间必然产生正弦交变磁场 , 使置于此磁场中的金属导体中感应电涡流 , 又产生新的交变磁场 。 根据愣次定律, 的作用将反抗原磁场 , 导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。 由上可知, 线圈阻抗的变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。 而电涡流效应既与被测体的电导率σ、磁导率μ以及几何形状有关, 又与线圈几何参数、线圈中激磁电流频率f 有关, 还与线圈与导体间 的距离x有关。因此, 传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函 数关系式为;