第六章自感式传感器ppt课件.ppt
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1、第6章 电感式传感器,电感式传感器是建立在电磁感应基础上,利用线圈自感或互感的改变来实现测量的一种装置。它可对直线位移和角位移进行直接测量,也可通过一定的敏感元件把振动、压力、应变、流量等转换成位移量而进行测量。通常可由下列方法使线圈的电感变化: (1)改变几何形状; (2)改变磁路的磁阻; (3)改变磁芯材料的导磁率; (4)改变一组线圈的两部分或几部分间的耦合度。,精品课件,1,电感式传感器分类:,电感式传感器,精品课件,2,电感式传感器的优点: 1.结构简单。工作中没有活动电接触点,因而比电位器工作可靠,寿命长。 2.灵敏度高,分辨力大。能测出0.1mm甚至更小的机械位移变化,能感受小至
2、0.1角秒的微小角度变化。传感器的输出信号强,电压灵敏度一般每毫米可达数百毫伏,因此有利于信号的传输与放大。,精品课件,3,3.重复性好,线性度优良。在一定位移范围(最小几十微米,最大达数十甚至数百毫米)输出特性的线性度好,并且比较稳定,高精度的变磁阻式传感器,非线性误差仅0.1%。 4. 输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、对工作环境要求不高。 电感式传感器的缺点: 频率响应差,不宜于快速动态测量,并存在交流零位信号。,精品课件,4,6 自感式传感器,6.1 工作原理6.2 变气隙式自感传感器6.3 变面积式自感传感器6.4 螺线管式自感传感器6.5 自感式传感器测量电路6.6 自感式传感
3、器应用举例,精品课件,6.1 工作原理,线圈自感,线圈总磁链,单位:韦伯;I通过线圈的电流,单位:安培;W线圈的匝数;Rm磁路总磁阻,单位:1/亨。,a)气隙型 b)截面型 c)螺管型自感式传感器原理图,精品课件,l i 各段导磁体的长度;U i各段导磁体的磁导率;S i 各段导磁体的截面积; 空气隙的厚度;U0 真空磁导率S 空气隙截面积,变气隙型传感器变截面型传感器,线圈中放入圆形衔铁 可变自感 螺管型传感器。,精品课件,6 自感式传感器,6.1 工作原理6.2 变气隙式自感传感器6.3 变面积式自感传感器6.4 螺线管式自感传感器6.5 自感式传感器测量电路6.6 自感式传感器应用举例,
4、精品课件,6.2 变气隙式自感传感器,通常气隙的磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻,L与之间是非线性关系,精品课件,当衔铁处于初始位置时,初始电感量为,当衔铁上移时,则 ,代入 并整理得,精品课件,上式用泰勒级数展开成如下的级数形式,同理,当衔铁随被测物体的初始位置向下移动时,有,精品课件,对式作线性处理,即忽略高次项后可得,灵敏度为,变间隙式自感传感器的测量范围与灵敏度及线性度是相矛盾的,因此变隙式自感式传感器适用于测量微小位移场合。为了减小非线形误差,实际中广泛采用差动变隙式电感传感器,精品课件,差动变隙式电感传感器,1-铁芯;2-线圈;3-衔铁,当衔铁向上移动时,两个线圈的电感变化量L1、L2,
5、精品课件,对上式进行线性处理,即忽略高次项得,灵敏度k0为,(1)差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈式传感器的两倍。(2)单线圈是忽略 以上高次项,差动式是忽略 以上偶次项, 因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。,精品课件,*另一种形式:,型,精品课件,6 自感式传感器,6.1 工作原理6.2 变气隙式自感传感器6.3 变面积式自感传感器6.4 螺线管式自感传感器6.5 自感式传感器测量电路6.6 自感式传感器应用举例,精品课件,6.3 变面积式自感传感器,传感器气隙长度保持不变,令磁通截面积随被测非电量而变,设铁芯材料和衔铁材料的磁导率相同,则此变面积自感传感器自感L为,灵敏度,变
6、面积式自感传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下,输入与输出呈线性关系;因此可望得到较大的线性范围。但是与变气隙式自感传感器相比,其灵敏度降低。,精品课件,6 自感式传感器,6.1 工作原理6.2 变气隙式自感传感器6.3 变面积式自感传感器6.4 螺线管式自感传感器6.5 自感式传感器测量电路6.6 自感式传感器应用举例,精品课件,单线圈螺管型传感器结构图,有单线圈和差动式两种结构形式。 单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈和一根圆柱形铁芯。传感器工作时,因铁芯在线圈中伸入长度的变化,引起螺管线圈自感值的变化。当用恒流源激励时,则线圈的输出电压与铁芯的位移量有关。,6.4 螺管型自感传感
7、器,精品课件,19,6.4 螺线管式自感传感器,1-螺线管线圈;2-螺线管线圈;3-骨架;4-活动铁芯,L10,L20分别为线圈、的初始电感值;,差动式螺管型传感器结构图,精品课件,当铁芯移动(如右移)后,使右边电感值增加,左边电感值减小,根据以上两式,可以求得每只线圈的灵敏度为,两只线圈的灵敏度大小相等,符号相反,具有差动特征。,精品课件,综上所述,螺管式自感传感器的特点: 结构简单,制造装配容易; 由于空气间隙大,磁路的磁阻高,因此灵敏度低,但线性范围大; 由于磁路大部分为空气,易受外部磁场干扰; 由于磁阻高,为了达到某一自感量,需要的线圈匝数多,因而线圈分布电容大; 要求线圈框架尺寸和形
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