[信息与通信]第5章电感式传感器.ppt

第5章：电感式传感器及其应用 本章要求： 1、掌握自感式、互感式、涡流式传感器的工作原理与测量电路 2、熟悉等效电路及零点残余电压、电涡流、电磁效应等概念 3、了解三种传感器的结构和用途 1、电感式传感器——根据电磁感应定律，将被测非电量变化转换成线圈的自感或互感变化的装置称为电感式传感器 。 5.1、自感式传感器： 重点：工作原理，测量电路，零位电压； 难点：等效电路及有关电气参数。 三、变气隙厚度自感式传感器 四、、差动式变气隙厚度自感传感器 五、变气隙面积自感式传感器 六、螺管式自感传感器 七、自感式传感器的测量电路 2、变压器电桥电路 8、影响自感传感器精度的因素 及改进措施 温度变化会引起零部件尺寸改变，小气隙自感式传感器对于其几何尺寸微小的变化也很敏感。随着气隙的改变，传感器的灵敏度和线性度将发生改变。同时温度变动会引起线圈电阻和铁芯磁导率的变化。 为了补偿温度变化的影响，在结构设计上时要合理选择零件材料（注意各种材料的膨胀系数之间的配合），在制造和装配工艺上应使差动式传感器的线圈的电气参数（电阻、电感、匝数）和几何尺寸尽可能取得一致。这样可以在对称电桥电路中能有效地补偿温度的影响。 5、零点残余电压的影响 5.2 互感式传感器 重点：工作原理，主要特性，测量电路；难点：二极管差动相敏检波电路 二、等效电路 2、集成化的相敏检波电路 5.3、电涡流式传感器 一、电涡流传感器的基本结构与工作原理 三、电涡流的径向形成范围 三、 被测导体材料、形状、大小和安装对传感器灵敏度的影响 四、等效电路与阻抗特性： 五、测量电路 5.5 电感式传感器的应用 二、 差动变压器的应用 2、差动变压器式加速度传感器 三、电涡流传感器的应用 2、厚度测量 3、液位测量 4、转速测量 5、涡流探伤仪 1、电涡流的径向形成范围 线圈—导体系统产生的电涡流既是线圈与导体间距离x的函数，又是沿线圈半径方向r的函数。当x一定时，则电流密度仅为r的函数。如图5-25所示。 （1）、电涡流的径向形成范围大约在传感器线圈外半径1.8～2.5倍范围内，且分布不均匀； （2）、在被测导体内存在有无涡流区。电流密度在短路环半径r范围内为零 （3）、电涡流的最大值在线圈平均半径附近的一个狭窄区域内； （4）、涡流穿透深度h与激磁电源频率f大小成反比。 2、在使用涡流传感器应注意的问题： (1)．被测导体外径2R应与线圈外径D相匹配即应满足2R≤2.5D ，超过2.5D的区域无电涡流，将使灵敏度下降。 (2)、被测导体在2r＝0附近无电涡流。2R1.8D电涡流较小，故被测导体外径应满足 2R＞1.8D 否则灵敏度很低，不能测。 (3)、被测导体的电涡流在线圈平均外径Dpj处最大。故应使 Dmax2RDpj 此处灵敏度最高。 (4)、利用高频反射式涡流传感器测距时，要求被测导体厚度t与涡流穿透深度h满足以下公式：t2h 否则将不会感应出足够的电涡流而导致传感器灵敏度下降。 3、电涡流强度与距离的关系 理论分析和实验都已证明，当x改变时，电涡流分布特性并不改变，但是，电涡流密度将发生相应的变化，即电涡流强度随距离x变化而变化。根据线圈—导体系统的电磁作用，若不考虑电涡流分布的不均匀性，可以得到金属导体表面的电涡流强度为 以上分析表明： （1）、电涡流强度与距离x呈非线性关系，且随着x/rPJ 的增加，电涡流将迅速减小。 （2）、当利用电涡流式传感器测量位移时，只有在（x/rPJ）1(一般取（x/rPJ）=0.05～0.15)的范围才能得到较好的线性和较高的灵敏度. （3）、线圈外径D与被测位移量x密切相关。 1、被测导体材料的影响 被测导体的电阻率ρ和相对磁导率μr愈小，传感器的灵敏度则愈高。另外 ，若被测导体材质或其表面层不均匀时，都可能造成被测导体不同区域的ρ与μr值不同，导致传感器灵敏度波动，产生一定的干扰信号。 2、被测导体形状和大小的影响 根据图4-25可以看出，被测导体短路环与线圈外半径之比ra/rPJ愈大，电涡流效应利用愈充分，传感器的灵敏度才愈高。因而，在传感器的实际应用中，应保持ra（1.8～2.5）rPJ。 由于上面分析的是高频反射式电涡流传感器，因此，被测导体必须达到一定的厚度要求，才不至于产生电涡流透射损耗，使传感器具有较高的灵敏度。实验表明，对金属导体的被测体，当厚度大于两倍的电涡流穿透深度h时，传感器灵敏度几乎不受影响；若被测为非导电材料，为形成较强的电涡流而在其靠近线圈一面粘上金属片时，金属片厚度取（1.5～2）h，灵敏度也几乎不受影响。 3、传感器安装对灵敏度的影响 传感器线圈与能够产生电涡流的不属于被测体的任何金属物