[工学]第三章 电感式传感器.ppt

自感式传感器的工作原理演示 F 自感式传感器的工作原理演示 ? 气隙变小，电感变大，电流变小 输出电压送到指示仪前，经过一个能判别相位的检波电路，则不但可以反映位移的大小，还可以反映位移的方向（相位）——相敏检波电路。 输入交流电压为正半周， A点电位为正，B点电位为负 V1、V4导通，V2、V3截止。 A-E-C-B中，C点电位由于Z1↑，C点电位↓ ； A-F-D-B中，D点电位由于Z2↓，D点电位↑ D点电位高于C点电位，直流电压表正向偏转。 2. 输入交流电压为负半周，A点电位为负，B点电位为正 V2、V3导通，V1、V4截止 A-F-C-B中，C点电位由于Z2↓， C点电位↓ A-E-D-B中，D点电位由于Z1 ↑， D点电位↑ 仍然是D点电位高于C点电位，电压表正向偏转。同样可以得出结果：当衔铁下移时，电压表总是反向偏转，输出为负。 附图 BYM型压力传感器 自感式液位传感器 1 CPC-A型差压计 差压转变为位移。 7555与外阻容元件组成组成振荡电路，输出方波作为差动变压器一次绕组的激励电源，幅值10V。VD1、VD2组成电压输出型检波电路。RP1为零点调整，RP2为满度调整。 差动变压器弹性敏感元件(膜片、膜盒和弹簧管)→压力传感器 被测压力为零：膜盒在初始位置状态→固接在膜盒中心的衔铁位于差动变压器线圈的中间位置—输出电压为零。 被测压力由接头1传入膜盒2：自由端产生一正比于被测压力的位移→带动衔铁6在差动变压器线圈5中移动—差动变压器输出电压。 经相敏检波、滤波后，其输出电压反映被测压力的数值。输出电压比较大，线路中不需用放大器。 根据法拉第电磁感应原理，成块的金属置于变化的磁场中，或者在磁场中作切割磁力线运动时，金属导体内就要产生呈涡旋状的感应电流，感应电流的流线在金属导体内是闭合的，所以称为电涡流，这种现象称为电涡流效应。根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。 金属导体中电涡流渗透的深度与传感器线圈的激励电流频率有关，因此，按照电涡流在导体内的贯穿情况，可分为高频反射式和低频透射式两类电涡流传感器，其中高频反射式应用较为广泛，但两者基本工作原理仍是相似的。 高频电流线圈靠近被测金属，线圈上的高频电流所产生的高频电磁场在金属表面上产生电涡流。 线圈通入交变电流I1，在线圈的周围产生交变的磁场H1 位于该磁场中的金属导体上产生感应电动势并形成涡流I2 涡流I2也产生相应的磁场H2，H2与H1方向相反 H2的作用引起线圈等效阻抗、等效电感和品质因素等发生相应的变化。 其中，传感器线圈受电涡流效应时等效阻抗Z的函数关系式为Z=F (ρ,μ,r,f,x)，线圈等效阻抗的变化反映了金属导体的涡流效应。 如果保持上式中其它参数不变，只改变其中一个参数，传感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数。通过与传感器配用的转换电路测出阻抗Z的变化量，即可实现对该参数的测量，从而构成测量该参数的传感器。常用的电涡流测距传感器，即是在ρ，μ，r，I，f恒定不变时，阻抗仅是距离x的单值函数。 为了分析方便，将电涡流式传感器模型简化为如图3.18所示。其中1为传感器线圈，2为短路线圈，3为被测金属导体。模型中把在被测金属导体上形成的电涡流等效成一个短路线圈中的电流，即假设电涡流仅分布在短路线圈之内，这样传感器线圈与被测金属导体便可等效为相互耦合的两个线圈。 根据简化模型，传感器线圈与短路线圈之间的关系可用如图3.19所示的电路来表示。 R1、L1为传感器线圈的电阻和电感； 短路线圈电阻为R2、电感为L2； 由于传感器线圈与金属导体之间存在磁性联系，故它们间存在互感M，互感随线圈与金属导体间距离的减小而增大。 由电涡流式传感器的工作原理可知，被测量变化可以转换成传感器线圈的参数如品质因数Q、等效阻抗Z和等效电感L的变化。转换电路的任务是把这些参数转换为电压或电流输出，相应地有三种转换电路：Q值转换电路，阻抗转换电路，电感转换电路。 总的来说，Q值转换电路使用较少，这里不作讨论。阻抗转换电路一般用交流电桥法，它属于调幅电路，关于调幅电路参见自感式传感器转换电路部分。电感转换电路一般用谐振电路。 将传感器线圈的电感与固定电容组成并联谐振电路。在没有金属导体的情况下，并联谐振电路的谐振频率等于激励振荡器的振荡频率；当电感L发生变化时，回路的等效阻抗和频率都将随L的变化而变化，可以利用测量回路阻抗的方法或测量回路谐振频率的方法间接测出传感器的被测值。 （1）谐振调幅电路 该电路的由频率稳定的振荡器（如石英振荡器）提供稳压稳频的高频激励电压，如图3.23所示。 （2）谐振调频电路 传感器线圈接在振荡器中作为电感使用，L与C构成谐振回路，R1是偏置电阻，