第4章电感式1变磁阻式ppt课件.ppt

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1、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输出，这种装置称为电感式传感器。第4章电感式传感器第4章电感式传感器4.1变磁阻式传感器4.2差动变压器式传感器4.3电涡流式传感器4.1变磁阻式传感器4.1.1工作原理变磁阻式传感器的组成：线圈铁芯衔铁变磁阻式传感器铁芯和衔铁由导磁材料制成：1.硅钢片2.坡莫合金1.硅钢片硅的作用：提高铁的电阻率，增大磁导率,降低矫顽力、降低铁芯损耗（铁损）。2.坡莫合金坡莫合金：即铁

2、镍合金。镍：近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素,它能够高度磨光和抗腐蚀。在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的L变化。只要能测出L的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。由磁路欧姆定律，得Rm为磁路总磁阻。μ1——铁芯材料的导磁率（磁导率）；μ2——衔铁材料的导磁率；l1——磁通量通过铁芯的长度；l2——磁通量通过衔铁的长度；图4-1变磁阻式传感器结构原理图S1——铁芯的截面积；S2——衔铁

3、的截面积；μ0——空气的导磁率；S0——气隙的截面积；δ—气隙的厚度。通常气隙磁阻远大于铁心和衔铁磁阻，即当线圈匝数为常数时，L仅仅是Rm的函数，改变δ或S0均可导致电感变化。变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度δ的变气隙式电感传感器和变气隙面积S0的变面积式电感传感器。目前使用最广泛的是变气隙式电感传感器。4.1.2自感式传感器类型及特性自感式传感器的类型：变气隙式电感传感器变面积式电感传感器螺线管式电感传感器单边式变气隙式电感传感器，L与δ之间是非线性关系1.变气隙式电感传感器图4-3变隙式电压传感器

4、的L-δ特性当衔铁处于初始位置时，初始电感量为当衔铁上移Δδ时，当Δδ/δ0<<1时，用台劳（幂）级数展开同理，当衔铁随被测体的初始位置向下移动Δδ时，有作线性处理，即忽略高次项后，灵敏度为变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此该传感器适用于测量微小位移的场合。为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器。差动变隙式电感传感器2.变面积式电感传感器（a）（b）变面积式电感传感器结构示意图（a）单边式（b）差动式单边式变面积式电磁传感器：3.螺线管式电感传感器4.1.3测

5、量电路电感式传感器的测量电路的类型：交流电桥式变压器式交流电桥谐振式等。1.电感式传感器的等效电路电感式传感器的线圈并非是纯电感，该电感由两部分组成：有功分量无功分量电感式传感器的等效电路将上式有理化并应用品质因数Q=ωL/R，可得当Q>>ω2LC且ω2LC<<1时，令C的存在，使有效串联损耗电阻及有效电感增加，而有效Q值减小。在有效阻抗不大的情况下，它会使K提高，从而引起传感器性能的变化。在测量中若更换连接电缆线的长度，在激励频率较高时应对传感器的灵敏度重新进行校准。2.交流电桥式测量电路交流电桥式

6、测量电路常和差动式电感传感器配合使用，常用的形式有：交流电桥变压器式交流电桥图4-7交流电桥式测量电路设Z是衔铁在中间位置时单个线圈的复阻抗，△Z1、△Z2分别是衔铁偏离中心位置时两线圈阻抗的变化量，则对于高品质因数Q的电感传感器，有当衔铁往上移动Δδ时，差动传感器电感的总变化量ΔL=ΔL1+ΔL2对上式进行线性处理,即忽略高次项得单线圈式和差动式两种变间隙电感传感器的特性比较：①差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。②差动式的线性度得到明显改善。与公式（4-14）、（4-15）对比由公式（

7、4-22），可得将其代入公式（4-20），可得电桥输出电压与Δδ成正比关系。3.变压器式交流电桥图4-8变压器式交流电桥电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变压器的两次级线圈，其阻抗为次级线圈总阻抗的1/2。当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压图4-8变压器式交流电桥当传感器的衔铁处于中间位置，即Z1=Z2=Z，此时有电桥平衡。当衔铁上移时，有Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ此时，当衔铁下移时，如Z1=Z－ΔZ，Z2=Z+ΔZ，衔铁上移，衔铁下移衔铁上下移动相同距离时，输出电压相位相反，大

8、小随衔铁的位移而变化。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。4.谐振式测量电路分类：谐振式调幅电路谐振式调频电路谐振式调幅电路输出电压的频率与电源频率相同，输出电压的幅值随着电感L而变化，其中L0为谐振点的电感值。电路的优点：灵敏度很高，不足：线性差，适用于线性度要求不高的场合。谐振式调频电路谐振式调频电路电感L的变化将引起输出电压频率的变化。根据f的大小即可测出被测量的值。它具有严重的非线性关系。4.1.4零点残余电压传