電感式傳感器

1、第4章 電感式傳感器第四章電感式傳感器第四章電感式傳感器n電感式傳感器利用電磁感應原理將被測非電量如位移、壓力、流量、振動等轉換成線圈自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再由測量電路轉換為電壓或電流的變化量的輸出。優(yōu)缺點？n變磁阻式傳感器自感式n差動變壓器式傳感器互感式n電渦流式傳感器電渦流式第4章 電感式傳感器變磁阻式傳感器變磁阻式傳感器n工作原理n輸出特性n測量電路n應用第4章 電感式傳感器變磁阻式傳感器工作原理銜鐵移動改變磁阻變化電感值變化002221112SSLSLRm)2(00SRmIwILmRIw20022swRwLm第4章 電感式傳感器變磁阻式傳感器輸出特性020002wsL 初始電感

2、量：初始點銜鐵上移，000000201)(2LswLLL.)()()(1 3020000LLLL.)()(1 20000LL同理，銜鐵下移，0.)()(1 20000LL忽略高價項： 00LL靈敏度為： 0001LLK（表明？）第4章 電感式傳感器變磁阻式傳感器測量電路RLCZ圖4-4電感式傳感器的等效電路n交流電橋式測量電路n變壓器式測量電路n諧振式測量電路第4章 電感式傳感器交流電橋式測量電路50n電橋平衡條件：Z1 = Z2 ; Z3 = Z4n平衡狀態(tài)下：U00n銜鐵偏離中心位置后：(假設Z1=Z+Z1; Z2=Z-Z2 ;還假設傳感器線圈具有高品質因數(shù))又忽略高次項得故（注：此圖中的

3、電橋輸入輸出端口與上一章中的位置剛好相反）)()(22121210LLUZZZZU.)()(1 240200021LLLL002LL0002 LU第4章 電感式傳感器n交流電橋式測量電路靈敏度分析n靈敏度K0為n兩點結論：n差動式變間隙電感傳感器的靈敏度是單線圈式的兩倍。n差動式變間隙電感傳感器的非線性項次數(shù)高，線性度得到明顯改善。002LL0002LLK第4章 電感式傳感器變壓器式交流電橋62221212110UZZZZUZZUZU當傳感器銜鐵上移時, 即Z1=Z+Z, Z2=Z-Z, 此時220ULLUZZU220ULLUZZU當傳感器銜鐵下移時, 即Z1=Z-Z, Z2=Z+Z, 此時第

4、4章 電感式傳感器諧振式測量電路78)2(1LCf第4章 電感式傳感器差動變壓器式傳感器n互感式傳感器把被測的非電量變化轉換為線圈互感變化的傳感器n差動變壓器式傳感器次級繞組用差動形式n結構：變隙式、變面積式、螺線管式n優(yōu)點：測量精度高、靈敏度高、結構簡單、性能可靠第4章 電感式傳感器螺線管式差動變壓器n工作原理n基本特性n測量電路n應用第4章 電感式傳感器螺線管差動變壓器工作原理14第4章 電感式傳感器螺線管式差動變壓器工作原理16（兩次級線圈反相串聯(lián)，忽略鐵損、導磁體磁阻和線圈分布電容）n銜鐵在平衡位置時n活動銜鐵向上移動時,由于磁阻的影響, w2a中磁通將大于w2b, 使M1M2 ，n反

5、之n即：當銜鐵位移發(fā)生變化時，輸出電壓會隨之發(fā)生變化baEEU220第4章 電感式傳感器螺線管式差動變壓器基本特性16（兩次級線圈反相串聯(lián)，忽略鐵損、導磁體磁阻和線圈分布電容）1111LjrUI112IMjEa122IMjEb11121222)(LjrUMMjEEUba2121211212)()(LrUMMUn銜鐵在中間位置時，M1=M2=M，故U2=0 n活動銜鐵向上移動時, M1=M+M M2=M-M 與同極性n活動銜鐵向下移動時, M1=M-M M2=M+M 與同極性n輸出特點：輸出（交流電壓）幅值與銜鐵偏移量成正比；銜鐵過平衡點時，相位改變180度。 21212112)(/2LrMUU

6、aE221212112)(/2LrMUUbE2第4章 電感式傳感器零點殘余電壓及補償17零點殘余電壓U0零點殘余電壓零點殘余電壓主要是由傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等問題引起的。（基波、高次諧波）rCW1W2輸出圖1 零點殘余電壓的補償（直接補償）輸出rCW1W2交流輸入圖2 零點殘余電壓補償?shù)牧硪环N方法（間接補償）第4章 電感式傳感器差動式變壓器測量電路n兩個目的：n辨別移動方向n消除零點殘余電壓n兩種方法：n差動整流電路n相敏檢波電路第4章 電感式傳感器差動整流電路18第4章 電感式傳感器 相敏檢波電路19第4章 電感式傳感器電渦流式傳感器n工作原理2

7、21I1H2I2H傳感器等效阻抗發(fā)生變化電渦流效應塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時, 導體內將產生呈渦旋狀的感應電流。),(xfrFZ一般用于測量x，也有用于測量、第4章 電感式傳感器電渦流傳感器基本特性121111UIMjILjIR012222IMjILjIR等效電路模型：線圈的等效阻抗：)()(222222212222221112LLRMLjRLRMRIUZeqeqLjR第4章 電感式傳感器電渦流的徑向形成范圍25n電渦流徑向形成的范圍大約在傳感器線圈外徑ras的1.82.5 倍范圍內, 且分布不均勻n電渦流密度在短路環(huán)半徑r=0處為零n電渦流的最大值在r=ras附近的一個狹窄區(qū)域內n可以用一個平均半徑為ras（ras=（ri+ra）/2）的短路環(huán)來集中表示分散的電渦流（圖中陰影部分）第4章 電感式傳感器電渦流強度與距離的關系n電渦強度與距離x呈非線性關系, 且隨著x/ras的增加