[信息与通信]第三章 电感式传感器n.ppt

第三章 电感式传感器 第二节 电感计算及特性分析 （一）自感计算及特性分析 1.气隙型自感传感器 第三节 转换电路和传感器的灵敏度 传感器实现了把被测量转变为自感和互感量的变化，如何将电感值随外作用的变化转换成可用的电信号，这是本节研究的内容。原则上讲可将自感的变化转换成电压（电流）的幅值、频率、相位的变化，他们分别称为调幅、调频、调相电路。 如何将电感值随外作用的变化转换成可用的电信号，这是本节研究的内容。 第四节 零点残余电压 我们把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压 , 它的存在使传感器的输出特性不过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致。 第五节 应用举例 差动变压器式传感器可以直接用于位移测量, 也可以测量与位移有关的任何机械量, 如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。  差动变压器式加速度传感器的结构示意图。 它由悬臂梁 1 和差动变压器 2 构成。测量时, 将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定, 而将衔铁的A端与被测振动体相连。 当被测体带动衔铁以Δx(t)振动时, 导致差动变压器的输出电压也按相同规律变化。 电涡流传感器的设计 探头的设计 低频透射式涡流厚度传感器 第八节 压磁式传感器 一、压磁效应 铁磁材料在外力的作用下，引起内部发生形变，产生应力，使各磁畴之间的界限发生移动，使磁畴磁化强度矢量转动，从而也使材料的磁化强度发生相应的变化。这种应力使铁磁材料的磁性质变化的现象，称为压磁效应。 电涡流式转速传感器 在软磁材料制成的输入轴上加工一键槽, 在距输入表面d0 处设置电涡流传感器, 输入轴与被测旋转轴相连。  当旋转体旋转时，电涡流传感器便周期地输出电信号，此电压脉冲信号经放大、整形，用频率计测出频率，由公式计算出轴的转速。 习 题 1.说明气隙式差动电感传感器的主要组成，工作原理和基本特性。 2．差动变压器式传感器有几种结构形式?各有什么特点? 3．差动变压器式传感器的等效电路包括哪些元件和参数?各自的含义是什么? 4．差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么?怎样减小和消除它的影响? 5．何谓涡流效应?怎样利用涡流效应进行位移测量? 6.图为差动变压器的相敏检波电路，若衔铁下移。（1） 试分析电路的辨向过程。（2）说明电路的作用。 (1)衔铁下移。互感M2＞M1 ，Z2＞Z1 。 Ui正半周，A正B负，D1、D3导通，D2、D4截止。由于Z2＞Z1流过R1的电流大于流过R2的电流，C点电位高于D点电位，U0＞0。 Ui负半周，A负B正，D2、D4导通，D1、D3截止。由于Z2＞Z1流过R1的电流小于流过R2的电流，C点电位高于D点电位，U0＞0。 无论Ui为正为负，只要衔铁下移，输出电压为正。达到辨相目的。 一、 工作原理 线圈的阻抗变化与涡流效应的强弱有关，即与金属导体的电阻率，磁导率，线圈与金属导体之间的距离，激磁电流和电流角频率以及线圈的尺寸参数有关。 第七节 电涡流式传感器 传感器线圈和被测导体组成线圈—导体系统，工作时线圈的电感和电阻均发生变化，进而使有效阻抗发生变化。线圈阻抗的变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。 涡流存在的条件：①存在交变磁场②导电体处于交变磁场中 应用：对位移、厚度、材料损伤等进行非接触式连续测量。 线圈与导体之间的互感随着两者的靠近而增大。线圈两端加激励电压，根据KVL定律，分列线圈和导体的回路方程如下。 二、等效电路分析 式中: ω——线圈激磁电流角频率;  R1、L1——线圈电阻和电感;  L2——短路环等效电感;  R2——短路环等效电阻。 由 的表达式可知线圈受金属导体影响后的等效阻抗为 可见：有导体影响后，线圈阻抗的实数部分等效电阻增加；而虚数部分等效电感减小，这样使线圈阻抗发生了改变，这种作用称为反射阻抗作用。因此，电涡流传感器的工作原理，实质上是由于受到交变磁场作用的导体中产生的电涡流起到调节原来阻抗作用的结果。 为了同时研究阻抗实、虚两部分的作用,常用品质因数来表示。根据品质因数的定义，线圈受被测金属体影响后的 值为: 为无涡流影响时线圈的Q值 为金属导体中产生涡流的圆环部分的阻抗 被测参数变化，引起线圈阻抗Z、电感L、和线圈Q值的变化。选用不同转换电路将Z、L、Q转换成电量，达到测量目的。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  ? 如果保持大部分参数不变, Z成为X的单值函数，由