电感式传感器

1、第4章 电感式传感器第四章电感式传感器第四章电感式传感器n电感式传感器利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量的输出。优缺点？n变磁阻式传感器自感式n差动变压器式传感器互感式n电涡流式传感器电涡流式第4章 电感式传感器变磁阻式传感器变磁阻式传感器n工作原理n输出特性n测量电路n应用第4章 电感式传感器变磁阻式传感器工作原理衔铁移动改变磁阻变化电感值变化002221112SSLSLRm)2(00SRmIwILmRIw20022swRwLm第4章 电感式传感器变磁阻式传感器输出特性020002wsL 初始电感

2、量：初始点衔铁上移，000000201)(2LswLLL.)()()(1 3020000LLLL.)()(1 20000LL同理，衔铁下移，0.)()(1 20000LL忽略高价项： 00LL灵敏度为： 0001LLK（表明？）第4章 电感式传感器变磁阻式传感器测量电路RLCZ图4-4电感式传感器的等效电路n交流电桥式测量电路n变压器式测量电路n谐振式测量电路第4章 电感式传感器交流电桥式测量电路50n电桥平衡条件：Z1 = Z2 ; Z3 = Z4n平衡状态下：U00n衔铁偏离中心位置后：(假设Z1=Z+Z1; Z2=Z-Z2 ;还假设传感器线圈具有高品质因数)又忽略高次项得故（注：此图中的

3、电桥输入输出端口与上一章中的位置刚好相反）)()(22121210LLUZZZZU.)()(1 240200021LLLL002LL0002 LU第4章 电感式传感器n交流电桥式测量电路灵敏度分析n灵敏度K0为n两点结论：n差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。n差动式变间隙电感传感器的非线性项次数高，线性度得到明显改善。002LL0002LLK第4章 电感式传感器变压器式交流电桥62221212110UZZZZUZZUZU当传感器衔铁上移时, 即Z1=Z+Z, Z2=Z-Z, 此时220ULLUZZU220ULLUZZU当传感器衔铁下移时, 即Z1=Z-Z, Z2=Z+Z, 此时第

4、4章 电感式传感器谐振式测量电路78)2(1LCf第4章 电感式传感器差动变压器式传感器n互感式传感器把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器n差动变压器式传感器次级绕组用差动形式n结构：变隙式、变面积式、螺线管式n优点：测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠第4章 电感式传感器螺线管式差动变压器n工作原理n基本特性n测量电路n应用第4章 电感式传感器螺线管差动变压器工作原理14第4章 电感式传感器螺线管式差动变压器工作原理16（两次级线圈反相串联，忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容）n衔铁在平衡位置时n活动衔铁向上移动时,由于磁阻的影响, w2a中磁通将大于w2b, 使M1M2 ，n反

5、之n即：当衔铁位移发生变化时，输出电压会随之发生变化baEEU220第4章 电感式传感器螺线管式差动变压器基本特性16（两次级线圈反相串联，忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容）1111LjrUI112IMjEa122IMjEb11121222)(LjrUMMjEEUba2121211212)()(LrUMMUn衔铁在中间位置时，M1=M2=M，故U2=0 n活动衔铁向上移动时, M1=M+M M2=M-M 与同极性n活动衔铁向下移动时, M1=M-M M2=M+M 与同极性n输出特点：输出（交流电压）幅值与衔铁偏移量成正比；衔铁过平衡点时，相位改变180度。 21212112)(/2LrMUU

6、aE221212112)(/2LrMUUbE2第4章 电感式传感器零点残余电压及补偿17零点残余电压U0零点残余电压零点残余电压主要是由传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等问题引起的。（基波、高次谐波）rCW1W2输出图1 零点残余电压的补偿（直接补偿）输出rCW1W2交流输入图2 零点残余电压补偿的另一种方法（间接补偿）第4章 电感式传感器差动式变压器测量电路n两个目的：n辨别移动方向n消除零点残余电压n两种方法：n差动整流电路n相敏检波电路第4章 电感式传感器差动整流电路18第4章 电感式传感器 相敏检波电路19第4章 电感式传感器电涡流式传感器n工作原理2

7、21I1H2I2H传感器等效阻抗发生变化电涡流效应块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时, 导体内将产生呈涡旋状的感应电流。),(xfrFZ一般用于测量x，也有用于测量、第4章 电感式传感器电涡流传感器基本特性121111UIMjILjIR012222IMjILjIR等效电路模型：线圈的等效阻抗：)()(222222212222221112LLRMLjRLRMRIUZeqeqLjR第4章 电感式传感器电涡流的径向形成范围25n电涡流径向形成的范围大约在传感器线圈外径ras的1.82.5 倍范围内, 且分布不均匀n电涡流密度在短路环半径r=0处为零n电涡流的最大值在r=ras附近的一个狭窄区域内n可以用一个平均半径为ras（ras=（ri+ra）/2）的短路环来集中表示分散的电涡流（图中阴影部分）第4章 电感式传感器电涡流强度与距离的关系n电涡强度与距离x呈非线性关系, 且随着x/ras的增加