第3章 电感式传感器.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 电感式传感器实现了把被测量的变化转变为自感或互感量的变化。为了测出自感或互感量的变化，同时也为了送入下级电路进行放大和处理，就要用转换电路把自感变化转换成电压（或电流）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，其中调幅电路用得较多。 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。 值测量法谐振曲线 调频测试电路 (电感法) 将传感线圈接入振荡回路，当位移变化时，传感线圈的 相应地也发生变化，从而引起振荡器振荡频率的变化，通过 转换器进行解调，将频率的变化转换为电压的变化。但由于频率与位移之间的非线性特性，还需加线性化器矫正其非线性特性。 涡流传感器应用实例 高频反射式涡流厚度传感器 差动变压器的三种转换电路 1. 变压器式交流电桥 变压器式交流电桥测量电路如图所示, 电桥两臂Z1、 Z2为传感器线圈阻抗, 另外两桥臂为交流变压器次级线圈的 两半，每半的电压为u/2。当负载阻抗为无穷大时, 桥路输出电压为： 当传感器的衔铁处于中间位置, 即Z1= Z2=Z时有=0, 电桥平衡。  当传感器衔铁上移时, 即Z1=Z+ΔZ, Z2=Z-ΔZ, 此时 当传感器衔铁下移时, 则Z1=Z-ΔZ, Z2=Z+ΔZ 此时 从以上两式可知, 衔铁上下移动相同距离时, 输出电压的大小相等, 但方向相反, 由于 是交流电压, 输出指示无法判断位移方向, 必须配合相敏检波电路来解决。  2. 谐振式调幅电路 在调幅电路中, 传感器自感L与一固定电容C和一个变压器T原边串联在一起, 接入交流电源, 变压器副边将有电压u0输出, 输出电压的频率与电源频率相同, 而幅值随着电感L而变化, 图 （b）所示为输出电压u0与电感L的关系曲线, 其中L0为谐振点的电感值,串联谐振时，LC输出阻抗最小，输出电压最大。 此电路灵敏度很高, 但线性差, 适用于线性要求不高的场合。 发生谐振时，当被测量引起电感变化，回路失谐，LC阻抗增大，变压器副边输出电压减小。 谐振式调频电路 调频电路的基本原理是传感器电感L变化将引起输出电压频率f的变化。 一般是把传感器电感L和电容C接入一个振荡回路中, 其振荡频率f= 。 当L变化时, 振荡频率随之变化, 根据f的大小即可测出被测量的值。图 （b）表示f与L的特性, 它具有明显的非线性关系。 调相电路的基本原理是传感器电感变化将引起输出电压相位变化 调相电路 上图为相位电桥，一臂为传感器L，另一臂为固定电阻R， 电感线圈与固定电阻上压降是两个相互垂直的向量 当电感L变化时，相位角 随之变化。与 L 的 关系为： 为电源角频率 当L有了微小变化，输出电压相位变化为 以调幅电路为例讨论自感传感器的灵敏度 自感传感器的灵敏度是指传感器结构(测头)和转换电路综合在一起的总灵敏度。 传感器结构的灵敏度 定义为电感值相对变化与引起这一变化的衔铁位移之比， 转换电路的灵敏度 定义为空载输出电压 与电感相对变化之比，即 总灵敏度为： 假定采用了气隙型传感器 则 采用变压器电桥转换电路 可得 总灵敏度为 可见传感器总灵敏度是三项的乘积，第一项决定于传感器的类型，第二项决定于转换电路的形式，第三项决定于供电电压的大小。传感器类型和转换电路不同，灵敏度表达式也就不同。供电电压u要求稳定，因为它将直接影响传感器输出信号的稳定。 差动变压器的转换电路 1.反串电路： 直接把两个次级线圈反向串接，空载输出电压为两个次级线圈的电动势之差。 2.桥路转换电路 是桥臂电阻， RP为调零电位器，设 相等，输出电压： 优点：利用RP可进行电调零，不需另外配置调零电路 可见，灵敏度为反串的1/2。 第七节 电涡流式传感器 涡流效应：金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会 产生感应电流，这种电流像水中旋涡那样在导体内转圈， 所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。 涡流存在的条件：①存在交变磁场 ②导电