第四节_电感式传感器.ppt

传感器与检测技术 董春利 主编 潘洪坤 执笔 大连职业技术学院电气电子工程系 2008年3月 第四章 电感式传感器 4.1 自感式电感传感器 4.2 差动变压器式传感器 4.3 电涡流式传感器 利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M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。 电感式传感器具有结构简单，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，其主要缺点是灵敏度、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。 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。 第一节 自感式电感传感器 一、气隙型自感传感器 1．气隙型传感器的工作原理 公式： 表明，当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数，只要改变δ或S均可导致电感变化。 因此，气隙型传感器又分为变气隙厚度δ的变间隙式传感器和变气隙面积Ｓ的变面积式传感器 使用最广泛的是变气隙厚度δ式变间隙式电感传感器。 2．气隙型传感器的输出特性 （2）变面积式传感器的输出特性 变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，所以变隙式电感式传感器用于测量微小位移时是比较精确的。 3．变间隙式传感器的结构 二、螺管型自感传感器 1．螺管型自感传感器的原理 2．螺管型自感传感器的输出特性 螺管式自感传感器的特点： ①结构简单，制造装配容易； ②由于空气间隙大，磁路的磁阻高，因此灵敏度低，但线性范围大； ③由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰； ④由于磁阻高，为了达到某一自感量，需要的线圈匝数多，因而线圈分布电容大； ⑤要求线圈框架尺寸和形状必须稳定，否则影响其线性和稳定性。 三、自感式传感器的测量电路 电感式传感器的测量电路有交流电桥式、交流变压器式以及谐振式等几种形式。 四、自感式传感器的应用 1．变隙电感式压力传感器 变隙电感式压力传感器由膜盒、铁芯、衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一起。 当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移。于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表指示值就反映了被测压力的大小。 2．变隙式差动电感压力传感器 变隙式差动电感压力传感器，是由C形弹簧管、衔铁、铁芯和线圈等组成。 当被测压力进入C形弹簧管时，C形弹簧管产生变形，其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化，即一个电感量增大，另一个电感量减小。 第二节 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，并且次级绕组都用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。 差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1～100mm范围内的机械位移，并具有测量精度高，灵敏度高，结构简单，性能可靠等优点。 一、差动变压器式传感器工作原理 螺线管式差动变压器由初级线圈，两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。 螺线管式差动变压器按线圈绕组排列的方式不同可分为一节、二节、三节、四节和五节式等类型。 一节式灵敏度高，三节式零点残余电压较小，通常采用的是二节式和三节式两类。 二、差动变压器式传感器的基本特性 特性分析的结论 ： 零点残余电压主要是由传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等问题引起的。 零点残余电压的波形十分复杂，主要由基波和高次谐波组成。 基波产生的主要原因是：传感器的两次级绕组的电气参数和几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势的幅值不等、相位不同，因此不论怎样调整衔铁位置，两线圈中感应电势都不能完全抵消。 高次谐波中起主要作用的是三次谐波，产生的原因是由于磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和、磁滞）。零点残余电压一般在几十毫伏以下，在实际使用时，应设法减小Ux，否则将会影响传感器的测量结果。 二、差动变压器式传感器的基本特性 消除零点电压的方法 ： 1）尽可能的保证传感器几何尺寸、线圈电气参数和磁路的对称。磁性材料要经过处理，消除内部的残余应力，使其性能均匀稳定。 2）选用合适的测量电路，如采用相敏整流电路，既可判别衔铁移动方向又可以改善输出特性，减小零点残余电动势。 3）采用补偿线路，减小零点残余电动势。如：在差动变压器二次侧，串并联适当数值的电阻电容元件，当调整这些元件时，可是零点残