第六章电感传感器

1、第六章第六章 电感传感器电感传感器2.1 概述一、简单自感传感器一、简单自感传感器 工作原理工作原理1 1、结构：、结构： 由线圈、铁心由线圈、铁心和衔铁组成。和衔铁组成。2.2 自感传感器线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁tILeILINILttNNeeteLLLL2 2、线圈自感电动势：、线圈自感电动势：3 3、线圈自感、线圈自感L L：p164p164sNLsNsNRNINILRNIssslRslRmmniiiimniiiinimi22222020202200111一般导磁体的磁阻与空气隙一般导磁体的磁阻与空气隙的磁阻相比很小，可忽略。的磁阻相比很小，可忽略。空气隙相对截面积空气隙相对截面积空气隙

2、空气隙厚度厚度磁路欧姆定律磁路欧姆定律可变磁阻式自感型自感型-可变磁阻式位移传感器可变磁阻式位移传感器202SwL (a)(b)(c)(d)（a）可变导磁面积型；（可变导磁面积型；（b）差动型；（差动型；（c）单螺管线圈型；（单螺管线圈型；（d）双螺管线圈差动双螺管线圈差动变变S S型：线性，灵敏度低，行程较长型：线性，灵敏度低，行程较长变气隙型：线性较差，灵敏度较高，行程短变气隙型：线性较差，灵敏度较高，行程短202SwL 螺管式：螺管式：结构简单结构简单灵敏度较低灵敏度较低行程长行程长三、差动自感传感器三、差动自感传感器1 1、组成：由两个具有公共衔铁的完全相、组成：由两个具有公共衔铁的完

3、全相 同的自感传感器组成，衔铁处同的自感传感器组成，衔铁处 于中间位置时，于中间位置时，U U0 0=0=02 2、特点：抗干扰能力强，灵敏度提高一、特点：抗干扰能力强，灵敏度提高一 倍，线性好，精度及特性变好倍，线性好，精度及特性变好 ，电磁吸力对测量力的影响相，电磁吸力对测量力的影响相 互抵消。互抵消。四、测量电路四、测量电路（LI/VLI/V 的幅值、频率、相位的变化）的幅值、频率、相位的变化） 基本测量电路通常都采用交流桥路基本测量电路通常都采用交流桥路000002110222LLULjrLjUZZUURRRUZZZUZ Z1 1 =Z+Z=Z+ZZ Z2 2 =Z-Z=Z-ZUU0U

4、0四、测量电路四、测量电路 基本测量电路通常基本测量电路通常都采用交流桥路都采用交流桥路四、测量电路四、测量电路 基本测量电路通常都采用交流桥路基本测量电路通常都采用交流桥路00211022221LLULjrLjUZZUUUZZZUUUBA如衔铁上移：如衔铁上移：1 1LL1 1 Z Z1 1 =Z+Z=Z+Z2 2LL2 2 Z Z2 2 =Z-Z=Z-Z2 2、变压器电桥、变压器电桥2020)(2LrLU2020)(2LrLU如衔铁下移：如衔铁下移：Z Z1 1 =Z-Z Z=Z-Z Z2 2 =Z+Z =Z+Z 相差相差1801800 0变压器电桥简单，输出阻抗小，应用广泛。变压器电桥简

5、单，输出阻抗小，应用广泛。Z1Z2IABCD2U2U0U结论：结论：输出输出U U0 0的大小与位移的大小相关；的大小与位移的大小相关； 输出输出U U0 0的方向与位移方向相关，可相差的方向与位移方向相关，可相差1801800 0 但交流表只能反映输入的大小，无法辩向。但交流表只能反映输入的大小，无法辩向。 残余电压是由于结构上不对称及励磁电压中有高次残余电压是由于结构上不对称及励磁电压中有高次谐波等原因造成谐波等原因造成。3 3、相敏整流电路：既反映输入的大小，又能辩向、相敏整流电路：既反映输入的大小，又能辩向P167例子：P168一、概念：一、概念： 差动变压器是互感传感器，是把被测差动

6、变压器是互感传感器，是把被测位转换为传感器线圈的互感的变化量，位转换为传感器线圈的互感的变化量，由于常做成差动的，故称差动变压器。由于常做成差动的，故称差动变压器。二、工作原理二、工作原理 主要由一个线框和一个铁心组成。一主要由一个线框和一个铁心组成。一次线圈一组，二次线圈两组。次线圈一组，二次线圈两组。2.3 差动变压器Esx-x123(b)螺管型螺管型41243(a)气隙型气隙型e21e22差动变压器输出差动变压器输出电势电势与衔铁与衔铁位移位移x x的关系。其的关系。其中中x x表示衔铁偏离表示衔铁偏离中心位置的距离。中心位置的距离。 0 x 空载时的等效电路空载时的等效电路 12121

7、212111212121111)()()(ULRMMULjRUMMjEEULjRUI222111IMjEIMjE222212212122212121)()(LLRRZLjLjRRZ121212)(2ULRMU121212)(2ULRMU02222121111ILjIRIMjEIMjILjIR222212122221222222222222222111LRIMRjILMLjRIMjIZELRLMLjLRRMREISSLjRLRLMLjLRRMRZ22222221222222212122222221S2122222221SLLLLRMLLRRRLRMRR ),(xfZ)(xfZ 震震荡荡器器 f

8、计计 f-V 电压表电压表 f xCxLf)(21 U0 石英石英震荡器震荡器 放大放大 检波检波 指示指示 x六、低频透射涡流传感器六、低频透射涡流传感器f3f2f1f2f3f1dd 为非接触测量；线性度好为非接触测量；线性度好, ,分辨率好分辨率好; ; 大量程大量程, ,重重0.010.01 m m-40mm;-40mm;体积小体积小, ,重量轻重量轻, ,驱动功率小驱动功率小; ; 灵敏度好灵敏度好,0.1-1V/mm.,0.1-1V/mm.利用：利用：x 可测位移，派生量为厚度，震幅，转速，热膨胀系数可测位移，派生量为厚度，震幅，转速，热膨胀系数 钢水的液位；钢水的液位；可进行材质判

9、别，非磁性材料；可进行材质判别，非磁性材料；可测量应力，硬度；可测量应力，硬度； x综合影响可进行金属的探伤。综合影响可进行金属的探伤。6、应用 测振幅四四 电容式传感器电容式传感器传感器及应用技术传感器及应用技术 电容三点式振荡器 整定开关的动作距离 感应距离从感应距离从0.6mm0.6mm到到7575mmmm探测金属物体探测金属物体电感式接近开关电感式接近开关 BERO 3RG4Material Handling: Detect position of boxes“Detection of physical presence via lifterDetect non-metallic objectsConveyor technique: Bottle filling“PHOTOELECTRICINDUCTIVECAPACITIVEULTRASONIC+ + - -ev(tev(t) )sv(tsv(t) )pv(tpv(t) )c(tc(t) )模拟量闭环控制系统方框图模拟量闭环控制系统方框图uv(tuv(t) ) 测量元件测量元件mv(tmv(t) ) 被控被控 对象对象执行执行 机构机构 PIDPID调节器调节器UZZZZUUZZ