基本电量传感器.ppt

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基本电量传感器

本章主要学习电位器式位移传感器、电感式传感器和电容式传感器的结构、工作原理、测量电路以及他们的应用。 第一节 电位器式位移传感器 主要用来测量位移 分为:电位器式电阻传感器(用于非电量变化加大的测量场合)、应变式电阻传感器(用于非电量变化相对较小的场合) 电位器式位移传感器基本原理 当电源电压 确定后,由于电刷沿着电阻器移动x,输出电压就产生相应变化,并有 线性角度式传感器 (a) 电位器式位移传感器的噪声与结构要求 基本要求:噪声和非线性失真小,灵敏度高,稳定性好 1、噪声 2、电阻丝 3、骨架 4、电刷 非线绕电位器式位移传感器 非线绕电位器又叫函数电位器,是电位器式传感器未来的发展方向。主要有以下几种: 1、合成膜电位器:将电阻液喷涂在绝缘骨架表面形成电阻膜 2、金属膜电位器:在玻璃或胶木基片上,分别用高温蒸镀和电镀方法,涂覆一层金属膜或金属合成膜 3、导电塑料电位器:电阻元件由塑料粉及导电材料粉压压制而成 4、光电电位器:光束代替传统电刷 电位器式位移传感器的应用 电位器式位移传感器常用来测量几毫米到几十毫米的位移和几度到360度的角度。 第二节 电感式传感器 先看一个实验: 电感传感器的基本工作原理演示 F 电感传感器的基本工作原理演示 气隙变小,电感变大,电流变小 电感式传感器是以电和磁为媒介,利用磁场变换引起线圈的自感量或互感量的变化,把非电量转换为电量的装置。 电感式传感器的种类比较多,包括自感式电感传感器、互感式电感传感器、差动式自感传感器、涡流传感器 一、自感式电感传感器常见的形式 变气隙型 变面积型 螺管插铁型 电感传感器的基本工作原理 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。 ? 较小,气隙磁场均匀,忽略磁路铁损,则总磁阻为: 变气隙式自感传感器的主要特性 磁路总磁阻: 分析L与?之间的线性关系,并求变气隙式电感传感器的灵敏度? 变面积式自感传感器的主要特性 气隙长度 保持不变,设铁心材料和衔铁材料的磁导率相同,则自感L为: 二、差动式自感传感器 在变隙式差动电感传感器中,当衔铁随被测量移动而偏离中间位置时,两个线圈的电感量一个增加,一个减小,形成差动形式。 差动式电感传感器的特性 从曲线图可以看出,差动式电感传感器的线性较好,且输出曲线较陡,灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。 三、互感式电感传感器 互感式电感传感器又称变压器式传感器,是将被测非电量的变化转换成线圈相互的互感量的变化,再转换为电压信号输出。 变压器式传感器以差动形式最常用,又简称差动变压器。有变隙式、变面积式和螺线管式等结构形式。 差动变压器式传感器 电源中用到的“单相变压器”有一个一次线圈(又称为初级线圈),有若干个二次线圈(又称次级线圈)。当一次线圈加上交流激磁电压Ui后,将在二次线圈中产生感应电压UO。在全波整流电路中,两个二次线圈串联,总电压等于两个二次线圈的电压之和。 差动变压器式传感器的工作原理 差动变压器式传感器是把被测位移量转换为一次线圈与二次线圈间的互感量M的变化的装置。当一次线圈接入激励电源之后,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。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。 差动变压器式传感器的等效电路 结构特点: 两个二次线圈反向串联,组成差动输出形式。 灵敏度与线性度 差动变压器的灵敏度一般可达0.5~5V/mm,行程越小,灵敏度越高。 为了提高灵敏度,励磁电压在10V左右为宜。电源频率以1~10kHz为好。 差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右。 测量电路 (以差动整流为例) 差动整流的特点 电路是以两个桥路整流后的直流电压之差作为输出的,所以称为差动整流电路。它不但可以反映位移的大小(电压的幅值),还可以反映位移的方向。 四、电涡流式传感器 成块的金属置于变化的磁场中或者在磁场中运动时,金属体内都会产生感应电动势,形成电流,这种电流在金属体内是自己闭合的,呈似水涡形状 五、电感传感器典型应用 螺管式差动自感传感器 电涡流式位移传感器 电感式位移传感器使用中应注意的问题 三、电容式传感器 电容式传感器是一种将被测非电量的变化转换为电容量变化的传感器。 特点:结构简单、体积下、分辨力高、具有平均效应,测量精度高、可

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