电感式传感器与其应用传感器原理与其应用ppt课件.ppt

3.1自感式传感器结构组成：线圈1、铁芯2和衔铁3三部分设线圈的匝数为N,流过线圈的电流为I（A）,穿过线圈的磁通为Φ(Wb),则电感量一般导磁体的导磁率远大于空气的导磁率(大数千倍乃至数万倍),即有电感传感器的基本工作原理演示二、自感式传感器灵敏度及特性分析变气隙式传感器的输出特性是非线性的，Δδ/δ0越小,高次项迅速减小,非线性可得到改善，而△δ/δ↑，非线性增大;
非线性与测量范围的要求相矛盾，一般取△δ/δ=0.1～0.2;
增大灵敏度方法：减小δ0;
△δ↓与△δ↑引起的△L的变化大小不同，且△δ越大，△L相差越大。两只完全相同的自感线圈合用一个活动衔铁便构成了差动式电感传感器。传感器的两只电感线圈接成交流电桥的相邻的两臂,另外两个桥臂由电阻组成。假定电桥输出端的负载为无穷大,则得输出电压当某一时刻,设衔铁向上位移,则上下两边气隙不等,阻抗也随之改变,上边增加了ΔΖ1=jωΔL1,下边减少了ΔΖ2=jωΔL2,则Z1=Z0+ΔZ1,Z2=Z0-ΔZ2。电桥的另两臂是相同的电阻,即Z3=Z4=R,由得：可见,电桥的输出与(ΔL1+ΔL2)成比例。提高灵敏度K的途径：提高电桥的电压、减小起始气隙四、测量电路
1、交流电桥
实际应用中，交流电桥常和差动式自感传感器配合使用,这样既提高了灵敏度，又改善了线性度。
Z1、Z2为工作臂，即线圈阻抗，R1、R2为电桥的平衡臂高Q值的差动式电感传感器，其输出电压为：变压器电桥原理图可见，衔铁向不同方向移动时，产生的输出电压U0大小相等、方向相反，即相位互差180º，可反映衔铁移动的方向。为了判别交流信号的相位，需接入专门的相敏检波电路。五、自感式电感传感器应用变气隙式差动电感压力传感器：主要由C形弹簧管、衔铁、铁芯和线圈等组成。3.2互感式传感器互感式传感器：被测的非电量→线圈互感量M变化的传感器差动变压器式传感器,简称差动变压器,是一个有可动铁芯和两个次级线圈的变压器。
传感器的可动铁芯和待测物相连,两个次级线圈接成差动形式,可动铁芯的位移利用线圈的互感作用转换成感应电动势的变化,从而得到待测位移。
由于互感,初级线圈的交流电在两个次级线圈分别产生感应电动势E21和E22。又因接成差动形式,即两个感应电动势反向串联,则输出电压

设两个次级线圈完全相同,当铁芯处在中间位置时,感应电动势E21=E22,此时
Usc=E21-E22=0当铁芯向上移动时,次级线圈2中穿过的磁通减少,感应电动势E22也减少,而次级线圈1中穿过的磁通增多,感应电动势E21也增大,则
Usc=E21-E22>0
反之,当铁芯向下移动时,则
Usc=E21-E22<0

差动变压器有多种结构形式。
图(a)是Π形结构,衔铁为平板形,灵敏度较高,但测量范围较窄,一般用于测量几微米到几百微米的机械位移。
图(b)是衔铁为圆柱形的螺管形差动变压器,可测一毫米至上百毫米的位移。
此外还有衔铁旋转的用来测量转角的差动变压器,通常可测到几角秒的微小角位移。二、差动变压器的输出特性
图(a)所示Π形差动变压器,当不考虑铁损、漏感且忽略铁芯和衔铁的磁阻,在次级线圈开路时有设衔铁向上移动了Δδ,则式中,Z11=R11+jωL11,Z12=R12+jωL12。R11、R12，L11、L12，Z11、Z12分别表示上下初级线圈的铜电阻,电感和复阻抗,其中如果忽略Δδ2项,并设R11=R12=R1,上式可改写为
由上式可知,输出电压中包含与电源电压Usr同相的基波分量和相位差90°的正交分量。这两个分量都同气隙的相对变化量Δδ/δ0有关。Q值提高,正交分量将减小。因此,希望差动变压器具有高的Q值。Q值很高时,上式可简化成
由图可见,单一线圈的感应电动势E21或E22与铁芯的位移不成线性,两个线圈差接以后,输出电压与铁芯的位移成线性关系了。
负号的意义：当Δδ向上为正时,输出电压Usc与电源电压Usr反相,当Δδ向下为负时,两者同相。三、差动变压器传感器应用1.位移的测量
差动变压器仍以位移测量为其主要用途。
它可以作为精密测量仪的主要部件，对零件进行多种精密测量工作，如内径、外径、不平行度、粗糙度、不垂直度、振摆、偏心和椭圆度等；作为轴承滚动自动分选机的主要测量部件，可以分选大、小钢球、圆柱、圆锥等;用于测量各种零件膨胀、伸长、应变等。2.振动和加速度测量
差动变压器+悬臂梁弹性支承——加速度计：
测量时，将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定，而将衔铁的A端与被测振动体相连。当被测体带动衔铁以Δx(t)振动时，导致差动变压器的输出电压也按相同规律变化。为了满足测量精度，加速度计的固有频率(）应比被测频率上限大3~5倍。由于运动系统质量m不可能太小，而增加弹性片刚度k又使加速度计灵敏度受到影响，因此系统固有频率不可能很高。所以，能测量