电感式传感器课件

具有2块以上的极板几何量、机械量（振动、压力、重量、流量、位移、加速度）电压电流显示电路OR机械变形电阻R的变化？电容C的变化电感L或者M的变化自感可变或者互感可变具有线圈绕组工作过程工作原理铁芯和衔铁由导磁材料制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，截面积为S0，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动使得δ或者S0发生改变，引起磁阻的变化，从而导致电感值的变化。以磁场作媒介图4-1变磁阻式传感器4.1自感式传感器变气隙长度式（测线位移，非线性）变气隙截面式（测角位移，线性）工作原理图4-2变隙式电压传感器的L-δ特性怎么办？输出特性图4-3差动变隙式电感传感器衔铁移动时，一组自感增大，而另一组自感将减小。工作原理为何采用差动式结构？自感式传感器，由于线圈中有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电磁吸力，而且易受电源电压、频率波动以及温度变化等外界干扰的影响，输出易产生误差，非线性也较严重，因此不适合精密测量。在实际工作中常采用差动式结构，这样既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小非线性测量误差。

2.电阻式交流电桥测量电路

图4-5电阻式交流电桥测量电路测量电路以电阻作为电桥的平衡臂电桥的另外两个平衡臂是电阻传感器的两个电感线圈作为电桥的两个工作臂传感器的两个电感线圈作为电桥的两个工作臂差动式？

3.变压器式交流电桥

图4-6变压器式交流电桥测量电路传感器的两个电感线圈作为电桥的两个工作臂变压器的两个二次侧线圈作为另外两个工作臂以电阻作为电桥的平衡臂传感器的两个电感线圈作为电桥的两个工作臂差动式？

4.谐振式测量电路

图4-7谐振式测量电路测量电路C图4-10变隙式差动电感压力传感器应用变压器的两个二次侧线圈作为另外两个工作臂传感器的两个电感线圈作为电桥的两个工作臂变压器的两个二次侧线圈作为另外两个工作臂自感式传感器的特点1.灵敏度比较好，可测0.1um的直线位移．2.测量范围较小．3.存在非线性．4.消耗功率较大，有较大的电磁吸力．5.工艺要求不高，加工容易．*1、工作原理2、等效电路*3、输出特性及零点残余电压*4、测量电路5、应用4.2差动变压器式（互感式）传感器图4-11差动变压器式传感器的结构示意图（a）、（b）变隙式差动变压器;一次绕组同名端顺向串联，二次绕组同名端反向串联一次绕组同名端顺向串联，二次绕组同名端反向串联同名端顺向串联，则电势相加；同名端反向串联，则电势相减。输出电压端问题：如何判断同名端是否连接正确？图4-11差动变压器式传感器的结构示意图（c）、（d）螺线管式差动变压器;图4-11差动变压器式传感器的结构示意图（e）、（f）变面积式差动变压器衔铁转动时改变了铁心与衔铁间磁路上的垂直有效截面积S图4-13变隙式差动变压器输出特性零点残余电压输出特性及零点残余电压一般在0.5mm左右零点残余电压变压器式互感传感器的输出电压随位移方向不同而发生180度的反相，同时由于激励电源是交流电，所以在转换电路的输出端接上普通仪表时，无法判别输出的极性和衔铁位移的方向。此外，当衔铁处于两个线圈的中间位置时，实验者可以发现：无论怎样调节衔铁的位置，均无法使转换电路的输出为零，总有一个很小的输出电压(零点几个毫伏，有时甚至可达数十毫伏)存在，这种衔铁处于零点附近时存在的微小误差电压称为零点残余电压。产生零点残余电压的具体原因有：

①两个次级线圈的电气参数、几何尺寸或磁路参数不完全对称；②存在寄生参数，如线圈间的寄生电容及线圈、引线与外壳间的分布电容；③电源电压含有高次谐波；④磁路的磁化曲线存在非线性。减小零点残余电压的方法通常有：

①提高框架和线圈的对称性；②减小电源中的谐波成分；③正确选择磁路材料，同时适当减小线圈的励磁电流，使衔铁工作在磁化曲线的线性区；④串联电阻用来减小零残电压的基波分量；并联电阻、电容用来减小谐波分量；加反馈支路用来减小基波和谐波分量。4.2.2螺线管式差动变压器1.工作原理图4-14螺线管式差动变压器结构图4-17差动变压器输出电压的特性曲线

2.基本特性

差动变压器等效电路如图4-16所示。图4-16差动变压器等效电路图4-18差动整流电路（a）半波电压输出；（b）半波电流输出；（c）全波电压输出；（d）全波电流输出（a）、（c）适用于高阻抗负载，（b）、（d）适用于低阻抗负载，电阻R0用于调零+-+---++载波为上半周时，电流的路径载波为下半周时，电流的路径不论载波是上半周还是下半周，电容上电流的方向始终不变。输出电压U2=U24-U68。衔铁在零位时，U24＝U68，U2＝0；衔铁在零位以上时，U24>U68，U2>0；衔铁在零位以下时，U24<U68，U2<0。(2)相敏检波电路（重点）++++----（正半周）（负半周）参考信号放大的差动变压器输出信号同频，同相或反相；假设在正位移时，同频同相；负位移时同频反向与衔铁在零点以上移动时>载波为正半周时，电流的路径以动态测量为例，并假设位移是正弦波R(a)VD1RVD4RRVD2VD32uBAT2suus1us2u21u22CDORLMuoT1-+us1CR+-us2RLM+-u22Ruo(b)­+us1C+­us2RLM(c)DRRD+­u21OOuoA衔铁在零点以上移动时载波为负半周时，电流的路径－－－－＋＋＋＋i4大于i1结论：当衔铁在零点以上移动时，不论载波是正半周还是负半周，在负载电阻上得到的电压始终为正（自下而上）同理：当衔铁在零点以下移动时，不论载波是正半周还是负半周，在负载电阻上的电压始终为负（自上而下）。（推导？）(2)相敏检波电路（重点）总之，经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表示位移的方向。(e)相敏检波输出电压波形（a）被测位移变化波形（b）差动变压器激磁电压（载波）波形（c）差动变压器输出电压波形(d)参考信号波形相敏检波电路波形图相敏检波电路：通过鉴别相位的变化来辨别位移的方向位移激磁电压相敏检波输出电压当衔铁在零点以上移动时，无论激磁电压是正半周，还是负半周，输出电压始终为正当衔铁在零点以下移动时，无论激磁电压是正半周，还是负半周，输出电压始终为负正电压正位移负位移负电压有残余电压无残余电压相敏检波电路波形图输出传感器测量电桥放大器相敏检波滤波器指示器移相器参考电压电感式传感器测量电路框图音频振荡器LV输出端＋－WDWA相敏检波低通指示器移相器参考信号电桥电感式传感器测量电路框图差放差动变压器式传感器的应用差动变压器式加速度传感器原理图质量块由悬臂梁（即簧片）支撑，质量块的位移与被测加速度成正比。质量块既是惯性元件，也是磁性元件。差动变压器传感器的特点1.结构简单，工作可靠．2.灵敏度高，可测量0.01um的位移．3.准确度高，线性范围大（300mm)．4.频率响应较低，不适于高频动态测量．5.重复性和线性度较好．1、主要介绍了电感式传感器的分类、工作原理及在实际检测中的应用。电感式传感器是根据电磁感应原理，将被测非电量的变化转换成线圈的自感或者互感的变化来实现非电量的测量。2、电感式传感器按转换原理的不同分为自感式和互感式（差动变压器式）两大类。自感式传感器和差动变压器式传感器主要用于位移测量，