传感器第4章电感式传感器资料.ppt

第四章 电感式传感器 4.1 电感式传感器的基本原理 1、位移测量 2、振幅测量 3、转速测量 4、无损探伤 4.3.6　差动螺线管传感器 图4-12　差动螺线管 4.3.6　差动螺线管传感器 图4-13　中心抽头的螺线管1—线圈1　2—线圈2 4.3.7　螺线管差动变压器 图4-14　二节式螺线管差动变压器 有错！ 二节式螺线管差动变压器 三节式 差动变压器式传感器的应用 　　可直接用于位移测量，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原理图 4.4.1　概述 1)从检测方法来看，这种传感技术属主动测量技术，即测量仪器主动发射能量，观察被测对象吸收(透射式)或反射能量的情况，不需要被测对象主动做功。2)和大多数主动测量装置一样，电涡流传感器的测量属于非接触测量，因此给使用和安装带来很大的方便，特别是用于测量运动的物体。3)电涡流传感器的电磁过程十分复杂，难以用基本的方法取得数学模型。4)电涡流传感器的应用没有特定的目标，不像电感、电容、电阻等传感器有相对固定的输入量，因此一切与涡流有关的因素，在原则上都可用于测量目标。 4.4　电涡流传感器 1.电涡流的径向分布 图4-15　电涡流传感器的原理图 4.4.2　电涡流的形成及等效电路 图4-16　电涡流的径向分布 2.电涡流的轴向分布 图4-17　电涡流密度的轴向分布 图4-18　电涡流等效短路环 3.电涡流传感器的等效电路 图4-19　电涡流传感器的等效电路 3.电涡流传感器的等效电路 4.5　电感式传感器的测量电路 4.5.1　交流电桥的调零(预平衡)问题4.5.2　交流差动工作电桥的灵敏度分析 4.5.3　交流电桥中的相敏检波问题 4.5.1　交流电桥的调零(预平衡)问题 图4-20　交流不平衡电桥a)一般形式　b)紧耦合电桥 4.5.1　交流电桥的调零(预平衡)问题 图4-21　差动变压器的零点残余电压特性(虚线为理想特性) 电涡流式传感器的应用 作业： 1、电感式传感器的优缺点。 2、电感式传感器的主体结构由哪几部分组成？ 3、电感式传感器按照磁路和磁场形式的分类；按照是否有独立的检测线圈的分类。 4、了解图4-1~图4-7、图4-11~图4-13、图4-1~图4-7、图4-11、图4-12和二、三节式螺线管差动变压器结构图。 5、螺线管长径比与内部磁场的关系、对传感器线性度和灵敏度的影响。（定性） 6、了解几类电感式传感器的应用。 * 利用电磁感应原理，将被测的机械性的非电量变化转换成线圈电感(或互感)的变化，这种机电转换装置称为电感式传感器。电感式传感器具有结构简单、工作可靠、测量精度高、零点稳定、无需外电源和输出功率较大等一系列优点。其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约，传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量；对传感器线圈供电电源的频率和振幅稳定度均要求较高。 电感式传感器按转换原理的不同可分为自感式(电感式)和互感式(差动变压器式)两大类。 根据法拉第电磁定律，当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，就会产生感应电动势，这种现象称为电磁感应。电与磁之间相互作用、相互转换的物理现象，是人所共知的事实，利用这种现象可以构成各种各样的传感器。电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置，它的核心是可变自感或可变互感。 电感式传感器用于将机械线位移或角位移转换为感应电动势，图4-1即为这种转换的示意图。激励线圈1由交变电源激励，在铁心3中产生交变磁场。 假设动铁心处于无穷远处，在线圈2中的感应电动势为零。随着动铁心的移动，气隙逐步减小，在线圈2中的感应电动势也逐步增大，直到两铁心形成完全闭合的磁路时，感应电动势达到最大。由此可见，感应电动势的大小与气隙的大小有着一一对应的关系。 图 4-1 原理示意图 1—激励线圈 2—二次线圈 3—铁心 可将电感式传感器的能量变化关系，用图4-2来表示。由图可见，传感器的核心是将机械能转换为磁场能的部分。机械变化激励以形成一个磁场信号，被测对象以机械能的方式调制磁场能，而磁场能则通过测量电路（检测线圈）检出，转换为相应的电信号。 图4-2 电感式传感器的能量变换 4.1.1电感与基于电磁参量的关系 （1）电流在线圈中产生的总交链磁通Ψ Ψ=LI （4-1） 式中，L为线圈电感；I—为激励电流。 （2）磁场能量 （4-2） （3）与磁场的几何形状有关的结构参数 或 （4-3） 式中，N为线圈匝数；RM为与磁场几何形状有关的磁阻。 用电感（自感或互感）来描述电磁运算中各种变换的关系是很方便的。 （4