第6章電感式傳感器PPT課件

1、各種電感式傳感器各種電感式傳感器非接觸式位移傳感器測厚傳感器電感粗糙度儀接近式傳感器第1頁/共52頁電感式傳感器電感式傳感器第2頁/共52頁v 只要改變氣隙厚只要改變氣隙厚 度或氣隙截面積度或氣隙截面積 就可以改變電感。就可以改變電感。第3頁/共52頁線圈自感可按下式計(jì)算：線圈自感可按下式計(jì)算：式中：式中： N :線圈匝數(shù)線圈匝數(shù) ； Rm :磁路總磁阻；磁路總磁阻； S0 :氣隙的截面積；氣隙的截面積；氣隙厚度；氣隙厚度； 0 :導(dǎo)磁率（真空、空氣）導(dǎo)磁率（真空、空氣） 22002mNSNLR第4頁/共52頁銜鐵位移銜鐵位移引起的電感變化為：引起的電感變化為：電感初始?xì)庀峨姼谐跏細(xì)庀短幊跏茧?/p>

2、感量為處初始電感量為L0 0 0LL0L0+L0L0L0第5頁/共52頁/ 1 1時，時，用泰勒級數(shù)展開銜鐵銜鐵下移時下移時( (增大增大) ) 銜鐵銜鐵上移時上移時( (減小減小) ) 第6頁/共52頁對上式作線性處理忽略高次項(xiàng)時對上式作線性處理忽略高次項(xiàng)時討論：討論： 變間隙式電感傳感器用于小位移比較精確；變間隙式電感傳感器用于小位移比較精確； 一般一般/ = 0.1-0.2； 為減小非線性誤差，實(shí)際測量中多采用差動式。為減小非線性誤差，實(shí)際測量中多采用差動式。u靈敏度靈敏度 第7頁/共52頁v 差動式原理：差動式原理： 差動變隙式由兩個相同的線圈和磁路組成。當(dāng)差動變隙式由兩個相同的線圈和

3、磁路組成。當(dāng)被測量通過導(dǎo)桿使銜鐵上下位移時，兩個回路中磁被測量通過導(dǎo)桿使銜鐵上下位移時，兩個回路中磁阻發(fā)生大小相等、方向相反的變化，形成差動形式。阻發(fā)生大小相等、方向相反的變化，形成差動形式。第8頁/共52頁 對上式進(jìn)行線性處理并忽略高次項(xiàng)：對上式進(jìn)行線性處理并忽略高次項(xiàng)：v 差動式靈敏度為：差動式靈敏度為： 電感的變化為：電感的變化為：第9頁/共52頁討論：討論：u 比較單線圈，差動式的靈敏度提高了一倍；比較單線圈，差動式的靈敏度提高了一倍；u 差動式非線性項(xiàng)比單線圈多乘了差動式非線性項(xiàng)比單線圈多乘了( (/ ) )因子；因子；u 不存在偶次項(xiàng)，因不存在偶次項(xiàng)，因 / 1，線性度得到改善。，

4、線性度得到改善。u 差動式的兩個電感結(jié)構(gòu)，可抵消溫度、噪聲干擾差動式的兩個電感結(jié)構(gòu)，可抵消溫度、噪聲干擾 的影響。的影響。第10頁/共52頁 電橋的兩臂是傳感器線圈電橋的兩臂是傳感器線圈阻抗臂、另外兩個臂是交流阻抗臂、另外兩個臂是交流變壓器次級線圈各占變壓器次級線圈各占1 12 2，交，交流供電。流供電。 橋路輸出電壓為：橋路輸出電壓為：第11頁/共52頁u銜鐵上下移動相同距離時，輸出電壓大小相等方銜鐵上下移動相同距離時，輸出電壓大小相等方 向相差向相差180，要判斷銜鐵方向就是判斷信號相位。，要判斷銜鐵方向就是判斷信號相位。 當(dāng)銜鐵在中間位置當(dāng)銜鐵在中間位置 Z1=Z2=Z U0=0 022

5、UZULUZL當(dāng)銜鐵偏移時輸出電壓當(dāng)銜鐵偏移時輸出電壓02ULUL 當(dāng)銜鐵偏向另一方向當(dāng)銜鐵偏向另一方向第12頁/共52頁兩個橋臂由相同線圈組成，另外兩個為平衡電阻兩個橋臂由相同線圈組成，另外兩個為平衡電阻 等效電路等效電路第13頁/共52頁101202340,ZZjL ZZjL ZZR因因102000222ACACACUUUZjLLUZRj LL輸出電壓為：輸出電壓為： 可見電橋輸出電壓可見電橋輸出電壓U UACAC與氣隙變量與氣隙變量有關(guān)有關(guān) 002LL 00()ACUU代入代入 電橋輸出為：電橋輸出為：第14頁/共52頁第15頁/共52頁被測壓力經(jīng)位移被測壓力經(jīng)位移電壓兩次轉(zhuǎn)換輸出電壓兩

6、次轉(zhuǎn)換輸出第16頁/共52頁v 把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換成為把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換成為線圈互感量的變化的傳感器稱為互感式線圈互感量的變化的傳感器稱為互感式傳感器。傳感器。根據(jù)變壓器的基本原理制成，并將次根據(jù)變壓器的基本原理制成，并將次級線圈繞組用差動形式連接。級線圈繞組用差動形式連接。 差動變壓器的結(jié)構(gòu)形式較多，應(yīng)用差動變壓器的結(jié)構(gòu)形式較多，應(yīng)用最多的是螺線管式差動變壓器。它可測最多的是螺線管式差動變壓器。它可測量量1 1100mm100mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移。范圍內(nèi)的機(jī)械位移。次級次級骨架初級銜鐵次級次級初級第17頁/共52頁 等效電路：等效電路： 兩個次級線圈必須反相串聯(lián)接，保證差動形式。兩個

7、次級線圈必須反相串聯(lián)接，保證差動形式。 如果線圈完全對稱并且銜鐵處于中間位置時兩線圈如果線圈完全對稱并且銜鐵處于中間位置時兩線圈 互感系數(shù)相等互感系數(shù)相等 電動勢相等電動勢相等 差動輸出電壓為零：差動輸出電壓為零：初級線圈次級線圈第18頁/共52頁u 可見可見: : 輸出電壓大小和符號反映了輸出電壓大小和符號反映了 鐵心位移的大小和方向。鐵心位移的大小和方向。當(dāng)銜鐵上下移動時，輸出電壓隨銜鐵位移變化。當(dāng)銜鐵上下移動時，輸出電壓隨銜鐵位移變化。22abEE00U 若銜鐵上移若銜鐵上移 22abEE00U 若銜鐵下移若銜鐵下移 第19頁/共52頁由此得到輸出電壓有效值為由此得到輸出電壓有效值為 ：

8、v 可見輸出電壓與互感的差值有關(guān)可見輸出電壓與互感的差值有關(guān)21aaEj M I 21bbEj M I 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，次級感應(yīng)電動勢分別為根據(jù)電磁感應(yīng)定律，次級感應(yīng)電動勢分別為第20頁/共52頁 鐵芯向右移，鐵芯向右移， 輸出與輸出與E2a同極性；同極性； 鐵芯向左移，鐵芯向左移， 輸出與輸出與E2b同極性。同極性。u輸出電壓的幅值取決于線圈輸出電壓的幅值取決于線圈 互感即銜鐵在線圈中移動的距離互感即銜鐵在線圈中移動的距離X。Uo與與Ui的相位由銜鐵的移動的相位由銜鐵的移動方向決定。方向決定。 第21頁/共52頁差動變壓器輸出電壓和位移的關(guān)系差動變壓器輸出電壓和位移的關(guān)系第22頁/共52頁

9、v 由于兩個次級線圈繞組電由于兩個次級線圈繞組電氣系數(shù)氣系數(shù) （M M互感互感 L L電感電感 R R內(nèi)內(nèi)阻）不同，幾何尺寸工藝上阻）不同，幾何尺寸工藝上很難保證完全相同。實(shí)際的很難保證完全相同。實(shí)際的特性曲線，在零點(diǎn)上總有一特性曲線，在零點(diǎn)上總有一個最小的輸出電壓，這個鐵個最小的輸出電壓，這個鐵芯處于中間位置時最小不為芯處于中間位置時最小不為零的電壓稱為零的電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓零點(diǎn)殘余電壓。 第23頁/共52頁 為減小零點(diǎn)殘余電壓的影響，一般要用電路進(jìn)行補(bǔ)償為減小零點(diǎn)殘余電壓的影響，一般要用電路進(jìn)行補(bǔ)償, ,電路補(bǔ)電路補(bǔ)償?shù)姆椒ㄝ^多償?shù)姆椒ㄝ^多, ,可采用以下方法?？刹捎靡韵路椒ā?串聯(lián)電阻

10、：消除兩次級繞組基波分量幅值上的差異；串聯(lián)電阻：消除兩次級繞組基波分量幅值上的差異； 并聯(lián)電阻電容：消除基波分量相差，減小諧波分量；并聯(lián)電阻電容：消除基波分量相差，減小諧波分量； 加反饋支路：初次級間反饋，減小諧波分量；加反饋支路：初次級間反饋，減小諧波分量； 相敏檢波對零點(diǎn)殘余誤差有很好的抑制作用。相敏檢波對零點(diǎn)殘余誤差有很好的抑制作用。串串聯(lián)聯(lián)電電阻阻并并聯(lián)聯(lián)電電阻阻第24頁/共52頁22210EEU一般采用反串電路和橋路兩種。反串電路是直接把兩個二次線圈反向串接（如圖3.21）。這種情況下空載輸出電壓等于二次側(cè)線圈感應(yīng)電動勢之差，即： 圖3.21 二次線圈反串電路 第25頁/共52頁橋路

11、如圖3.22所示：其中R1，R2是橋臂電阻，Rw是供調(diào)零用的電位器。設(shè)R1R2，則輸出電壓： 圖3.22 差動變壓器使用的橋路2)(22212221222210EEERRREEU 可見橋路的靈敏度為前面的0.5，但其優(yōu)點(diǎn)是利用Rw可進(jìn)行調(diào)零，不再需要另外配置調(diào)零電路。 (3-37) 第26頁/共52頁 差動變壓器式傳感器可直接用于位移測量，也可差動變壓器式傳感器可直接用于位移測量，也可以用來測量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如振動，加速以用來測量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如振動，加速度，應(yīng)變等等。度，應(yīng)變等等。（1）壓差計(jì)）壓差計(jì) 當(dāng)壓差變化時，腔內(nèi)當(dāng)壓差變化時，腔內(nèi)膜片位移使差動變壓器次膜片位移使差

12、動變壓器次級電壓發(fā)生變化，輸出與級電壓發(fā)生變化，輸出與位移成正比，與壓差成正位移成正比，與壓差成正比。比。第27頁/共52頁 沉筒式液位計(jì)將水位變化轉(zhuǎn)換成位移變化，再轉(zhuǎn)換為電感的變化，差動變壓器的輸出反映液位高低。第28頁/共52頁（3）測厚度）測厚度第29頁/共52頁第30頁/共52頁第31頁/共52頁10 110 121R Ij L Ij MIU122220j MIR Ij L I第32頁/共52頁2221102222()M LLLRL222212211010222212222()()UM RM LZRjLIRLRL2221102222()M RRRRL第33頁/共52頁第34頁/共52頁 第35頁/共52頁金屬扁平線圈渦流區(qū)渦流區(qū)r/ros1hrosj第36頁/共52頁第37頁/共52頁/0z hzjj ejzjo/ehzjo0j第38頁/共52頁21221osxIIxrI I2 2只有在只有在x/r1才能有較好線性和靈敏度。才能有較好線性和靈敏度。X/rosI2/I11.01 2 3 4第39頁/共52頁第40頁/共52頁調(diào)頻法是以LC振諧回路的頻率作為輸出量