电感式传感器A.ppt

第3章电感式传感器电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化实现测量的一种装置。自感(self-inductance)
互感(mutualinductance)53.1变磁阻式传感器由于是交流电压，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。
图3-10变隙式差动电感压力传感器
δ——气隙的厚度。
另外，采用差动结构还能抵消温度变化、电源波动、外界干扰、电磁吸力等因素对传感器的影响。
图3-8（b）表示f与L的关系曲线，它具有严重的非线性关系。
3）传感器分辨力与测量范围有关，测量范围大，分辨力低，反之则高。
电感的这种变化通过电桥电路转换成电压输出。
电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化实现测量的一种装置。
单线圈电感传感器的非线性项由式(3-11)或式(3-13)可得 忽略高次项)。
当衔铁上移Δδ时，传感器气隙减小Δδ，即δ=δ0-Δδ，则此时输出电感为L=L0+ΔL，代入式（3-6）式并整理，得
l2——磁通通过衔铁的长度；
δ——气隙的厚度。
当Δδ/δ0<<1时，由上式可求得电感增量ΔL和相对增量ΔL/L0的表达式，即
2）对激磁电源的频率和幅度的稳定度要求较高;
2差动变压器式传感器
当传感器衔铁下移时，如Z1=Z-ΔZ，Z2=Z+ΔZ，此时
3）测量精确度高，输出线性度可达±0.根据对电感的定义，线圈中电感量可由下式确定：对于变隙式传感器，因为气隙很小，所以可以认为气隙中的磁场是均匀的。若忽略磁路磁损，则磁路总磁阻为通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即上式表明，当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数，改变δ或S0均可导致电感变化，因此变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感器和变气隙面积S0的传感器。目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器。3.1.2输出特性
由式（3-6）可知L与δ之间是非线性关系，特性曲线如图3-2所示。设电感传感器初始气隙为δ0，初始电感量为L0，衔铁位移引起的气隙变化量为Δδ，当衔铁处于初始位置时，初始电感量为图3-2变隙式电压传感器的L-δ特性当Δδ/δ0<<1时，由上式可求得电感增量ΔL和相对增量ΔL/L0的表达式，即灵敏度为图3-3差动变隙式电感传感器对于差动式电感传感器，当衔铁上移Δδ时的电感变化量为可见，采用差动结构后，自感传感器的灵敏度提高了一倍，线性度得到明显改善。
另外，采用差动结构还能抵消温度变化、电源波动、外界干扰、电磁吸力等因素对传感器的影响。
为了使输出特性能得到有效改善，要求构成差动的两个变隙式电感传感器在结构尺寸、材料、电气参数等方面均完全一致。1.交流电桥式测量电路
图3-5为交流电桥测量电路，把传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂Z1和Z2，另外两个相邻的桥臂用纯电阻R代替。设Z1=Z+ΔZ1,Z2=Z-ΔZ2，Z是衔铁在中间位置时单个线圈的复阻抗，ΔZ1,ΔZ2分别是衔铁偏离中心位置时两线圈阻抗的变化量。对于高Q值的差动式电感传感器，有ΔZ1+ΔZ2≈jω(ΔL1+ΔL2)，则电桥输出电压为图3-5交流电桥测量电路当衔铁往上移动Δδ时，两个线圈的电感变化量ΔL1、ΔL2分别由式（3-10）及式（3-12）表示，差动传感器电感的总变化量ΔL=ΔL1+ΔL2,具体表达式为灵敏度K0为将代入式（3-20）得2.变压器式交流电桥
变压器式交流电桥测量电路如图3-6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1/2阻抗。当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压4）输出功率较大，在某些情况下可不经放大，直接接二次仪表。
图3-9变隙电感式压力传感器结构图
图3-10变隙式差动电感压力传感器
1）结构简单，可靠，测量力小，电磁吸引力的数量级为10-3N；
图3-10为变隙式差动电感压力传感器。
它主要由C形弹簧管、衔铁、铁芯和线圈等组成。
3测量电路
S2——衔铁的截面积；
当传感器衔铁上移时，如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z-ΔZ时，
它主要由C形弹簧管、衔铁、铁芯和线圈等组成。
当被测压力进入C形弹簧管时，C形弹簧管产生变形，其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化。
目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器。
变磁阻式传感器的结构如图3-1所示。当传感器衔铁上移时，如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z-ΔZ时，3.谐振式测量电路
谐振式测量电路有谐振式调幅电路(如图3-7所示)和谐振式调频电路(如图4-8所示)。在调幅电路中，传感器电感L与电容C、变压器原边串联在一起，接入交流电源，变压器副边将有电压输出，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3-7（b）为输出电压与电感L的关系曲线，其中L0为谐振点的电感值，此电路灵敏度很高，但线性差，适用于线