传感器ch3 电感式传感器及其应用.ppt

利用磁路磁阻变化引起传感器线圈的电感（自感或互感）变化来检测非电量的机电转换装置。 电感式： L变化 差动变压器式： M变化 电涡流式： L、M变化 3.1 自感式传感器 结构组成：线圈1、铁芯2和衔铁3三部分 一般导磁体的导磁率远大于空气的导磁率(大数千倍乃至数万倍), 即有 变气隙式传感器的输出特性是非线性的 ， Δδ/δ0 越小, 高次项迅速减小, 非线性可得到改善，而△δ/ δ↑，非线性增大; 非线性与测量范围的要求相矛盾，一般取△δ/ δ=0.1～0.2; 增大灵敏度方法：减小δ0 ; △δ↓与△δ ↑引起的△L的变化大小不同，且△δ越大， △L相差越大。 两只完全相同电感式传感器合用一个活动衔铁便构成了差动式电感传感器。 传感器的两只电感线圈接成交流电桥的相邻的两臂, 另外两个桥臂由电阻组成。 假定电桥输出端的负载为无穷大, 则得输出电压 当某一时刻, 设衔铁向上位移, 则上下两边气隙不等, 阻抗也随之改变, 上边增加了ΔΖ1=jωΔL1, 下边减少了ΔΖ2=jωΔL2, 则Z1=Z0+ΔZ1, Z2=Z0-ΔZ2。 电桥的另两臂是相同的电阻, 即Z3=Z4=R, 由 得 ： 可见, 电桥的输出与(ΔL1+ΔL2)成比例。 3.2 互感式传感器 互感式传感器：被测的非电量→线圈互感量M变化的传感器 差动变压器式传感器, 简称差动变压器, 是一个有可动铁芯和两个次级线圈的变压器。 传感器的可动铁芯和待测物相连, 两个次级线圈接成差动形式, 可动铁芯的位移利用线圈的互感作用转换成感应电动势的变化, 从而得到待测位移。 由于互感, 初级线圈的交流电在两个次级线圈分别产生感应电动势E21和E22。 又因接成差动形式, 即两个感应电动势反向串联, 则输出电压 设两个次级线圈完全相同, 当铁芯处在中间位置时, 感应电动势E21=E22,此时 Usc=E21-E22=0 当铁芯向上移动时, 次级线圈2中穿过的磁通减少, 感应电动势E22也减少, 而次级线圈1中穿过的磁通增多, 感应电动势E21也增大, 则 Usc=E21-E220 反之, 当铁芯向下移动时, 则 Usc=E21-E220 ? 差动变压器有多种结构形式。图 (a)是Π形结构, 衔铁为平板形, 灵敏度较高, 但测量范围较窄, 一般用于测量几微米到几百微米的机械位移。 图 (b)是衔铁为圆柱形的螺管形差动变压器, 可测一毫米至上百毫米的位移。 此外还有衔铁旋转的用来测量转角的差动变压器, 通常可测到几角秒的微小角位移。 二、 差动变压器的输出特性 图 (a)所示Π形差动变压器, 当不考虑铁损、漏感且忽略铁芯和衔铁的磁阻, 在次级线圈开路时有 设衔铁向上移动了Δδ, 则 式中, Z11=R11+jωL11, Z12=R12+jωL12。 R11、R12， L11、L12， Z11、Z12分别表示上下初级线圈的铜电阻, 电感和复阻抗, 其中 如果忽略Δδ2项, 并设R11=R12=R1, 上式可改写为 由上式可知, 输出电压中包含与电源电压Usr同相的基波分量和相位差90°的正交分量。 这两个分量都同气隙的相对变化量Δδ/δ0有关。 Q值提高, 正交分量将减小。 因此,希望差动变压器具有高的Q值。 Q值很高时, 上式可简化成 由差动变压器的灵敏度表达式 差动变压器从供电方式可分为交流式和直流式两种。 直流式差动变压器是将直流电通过振荡器变为交流电, 并将电子电路与差动变压器封装在一起。 这种传感器, 供给稳定的直流电, 就能获得与位移成正比的直流电压输出。 这种传感器主要技术指标： 量程: 5、10…mm, ±5 mm、…、±250 mm 线性度: 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.5% 供电电压: ±12 V～±15 V 输出方式: A. 标准电流型 0～10 mA或 0～±10 mA B. 标准电压型 0~5 V 或 0~±5 V 环境温度: －10℃～＋65℃ 结构型式: 回弹式、非回弹式 2.　振动和加速度测量 差动变压器+悬臂梁弹性支承-------加速度计：