传感技术 第四章 电感谢式传感器及其应用.ppt

Chapter 4 电感式传感器及其应用 ?4－1自感式传感器 L－sensor 磁路定律：?＝iN/Rm 感生电动势： ?L= -Ldi/dt = -Nd?/dt 即 Li ＝ N ? 一、变气隙L－sensor 二、差动变气隙L－sensor 灵敏度KL＝ (?L/L)/?? =2/? 提高1倍 非线性误差＝ （??/?）减少近1个数量级 三、变面积L－sensor 四、L－sensor等效电路 五、 L－sensor输出电路 六、L－sensor零点残余电压 ?4－2互感式传感器 M－sensor 一、 M－sensor 结构和工作原理 二、 M－sensor 等效电路 三、 M－sensor 测量电路 ?4－3 电涡流式传感器 一、电涡流效应： 二、 基本结构和工作原理 1、构成 1）探头：偏平线圈＋骨架 2）检测电路：振荡器 检波器 放大器 2、工作原理 L =L(?,?,f,x) Q =Q(?,?,f,x) Z=Z(?,?,f,x) 三、 测量电路 1、调频式电路 ?4－4 压磁式传感器 具体内容： 材料受到压力，在平行于作用力方向??? 减小， 在垂直于作用力方向??增加； 材料受到拉力，在平行于作用力方向??? 增加， 在垂直于作用力方向??减小。 外力撤除后，?复原。 压磁效应与外磁场相关。 二、 压磁sensor的结构和工作原理 1、单方向磁导率变化的压磁sensor[补充] 2、双方向磁导率变化的压磁sensor ?4－5 电感式传感器的应用 一、测气体压力 二、 加速度计 三、 测厚仪 四、 温度计 五、测液位 测液位 作 业 4-3 4-5 4-7 d d愈大，电涡流损耗愈大，u2愈小 感温元件（导体） 隔热衬底 电涡流coil 管架 补偿coil 原理： 对导体 测量电路 放大电路 报警器 继电器 水泵 液位控制器 张力传感器 * L、M-sensors nonelectric L or M 特征：以磁场为媒介 Nonelectric：位移、振动、压力、加速度、液位、物料面等 特点：结构简单、Ro小、Pout大、线性好、灵敏、可靠、稳定、寿命长。 缺陷：存在AC零点残余、动态响应慢。 种类：自感式、互感式、电涡流、压磁式 问题1：磁路定律？ L是? 、 S的函数 ? 变气隙式： L与?成反比，非线性，但灵敏 变面积式： L与S成正比，线性，但灵敏度差 ? ? －??时 ?L/L= (?? / ?) / (1＋ ?? / ? ) A 考虑线性项 ?L/L= ?? /? B 考虑二次项 ?L/L= ??/?(1＋ ??/? ) 非线性误差＝ ??/? （0.1～0.2） 灵敏度KL＝ (?L/L)/?? =1/? 3 问题2：差动两个线圈如何连接？ 灵敏度KL＝ (?L/L)/?a =1/a 差动形式（大间隙－－漏磁） 单个coil：L=gbN 2 ?L/L= ?b /b 差动： ?L’/L= 2?b /b 灵敏度KL＝ (?L’/L)/?b =2/b 灵敏度KL＝ (?L/L)/?b =1/b b ?b 另外，对外界干扰、环境温度变化、电源波动磁力等相互抵消，测量精度提高。 其中g＝2??0/ln(d2/d1)柱面间的比磁导 铜损 铁损 电涡流损 分布电容 R使电感的有效品质因数Q减小，耗损D增大 问题3：Q如何定义？其意义？ 半桥差动输出 u0 =u/2 * ? Z /Z u0 =u/2 * ?L /L Circuit KC ＝ u0 / (?L/L) Sensor KL＝ (?L/L)/?? =2/?O Total K＝ KL KC = u0 / ?? 单位：mV/?m 产生的原因：两线圈的等效参数不完全相等引起的谐波干扰。 若太大，会引起末级放大器饱和，是出厂时的重要指标，要求：200倍放大后 80mV，即e040uV 互感式传感器是互感线圈随铁芯位置变化而变化的变磁阻装置，类似变压器，但有不同。 variable constant M open close 磁路 M－sensor transformer 常接为差动形式——又称差动变压器 有变气隙、面积，螺线管形式，其原理相近，下面以螺线管为例： 当原边加某一频率的正弦AC电压ùi时，则输出为： ùo＝ ù1 － ù2 1)当铁芯位于中心位置时, M1=M2, ù1＝ ù2，输出为：