傳感器原理及應(yīng)用-第4章 - 4.1 變磁阻式電感傳感器課件

1、電磁感應(yīng) 被測(cè)非電量自感系數(shù)L互感系數(shù)M測(cè)量電路U、I、f 第4章 電感式傳感器 電感式傳感器的定義 一種利用線(xiàn)圈自感和互感的變化實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量的裝置。電感式傳感器的感測(cè)量 位移、振動(dòng)、壓力、應(yīng)變、流量、比重等。電感式傳感器的種類(lèi) 根據(jù)轉(zhuǎn)換原理：自感式（変磁阻式）、互感式（差動(dòng)變壓器式）、電渦流式三種； 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式：氣隙型、面積型和螺管型。 第4章 電感式傳感器 電感式傳感器的優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠 分辨率高 機(jī)械位移0.1m，甚至更??；角位移0.1角秒。 輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度可達(dá)數(shù)百mV/mm 。 重復(fù)性好，線(xiàn)性度優(yōu)良 在幾十m到數(shù)百mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線(xiàn)性度較好，且比較穩(wěn)定。 能

2、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制電感式傳感器的不足 不宜高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。 第4章 電感式傳感器 4.1 變磁阻式電感傳感器4.2 差動(dòng)變壓器式電感傳感器4.3 電渦流式傳感器4.4 電感式傳感器的應(yīng)用變磁阻式傳感器即自感式電感傳感器：利用線(xiàn)圈自感量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。傳感器結(jié)構(gòu)：線(xiàn)圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。一、變磁阻式傳感器工作原理4.1 變磁阻式電感傳感器線(xiàn)圈中電感量：線(xiàn)圈鐵芯銜鐵工作原理：鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)被測(cè)量變化時(shí)，使銜鐵產(chǎn)生位移，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線(xiàn)圈的電感量變化。因此只要能測(cè)出這

3、種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向?？偞抛杈€(xiàn)圈匝數(shù)一、變磁阻式傳感器工作原理4.1 變磁阻式電感傳感器磁導(dǎo)率H/m線(xiàn)圈鐵芯銜鐵一、變磁阻式傳感器工作原理二、變磁阻式傳感器基本類(lèi)型三、變截面式自感傳感器輸出特性四、變間隙式自感傳感器輸出特性五、差動(dòng)式自感傳感器六、自感式傳感器的等效電路七、自感式傳感器的測(cè)量電路4.1 變磁阻式電感傳感器變磁阻式傳感器即自感式電感傳感器的基本類(lèi)型：二、變磁阻式傳感器基本類(lèi)型4.1 變磁阻式電感傳感器線(xiàn)圈鐵芯銜鐵（1）變氣隙厚度式（2）變氣隙面積式變截面式和螺管式變氣隙厚度式螺管式線(xiàn)圈鐵芯銜鐵銜鐵移動(dòng)方向變氣隙截面式三、變截面式自感傳感器輸出特性4.1

4、變磁阻式電感傳感器線(xiàn)圈鐵芯銜鐵銜鐵移動(dòng)方向因此，輸出電感的變化與截面面積的變化成線(xiàn)性關(guān)系。三、變截面式自感傳感器的輸出特性4.1 變磁阻式電感傳感器四、變間隙式自感傳感器輸出特性4.1 變磁阻式電感傳感器線(xiàn)圈鐵芯銜鐵四、變間隙式自感傳感器輸出特性4.1 變磁阻式電感傳感器線(xiàn)圈鐵芯銜鐵四、變間隙式自感傳感器輸出特性4.1 變磁阻式電感傳感器線(xiàn)圈鐵芯銜鐵因此既可確定銜鐵位移量的大小又可確定方向。忽略高次項(xiàng)線(xiàn)性處理四、變間隙式自感傳感器輸出特性4.1 變磁阻式電感傳感器線(xiàn)圈鐵芯銜鐵電感靈敏度 為了減小非線(xiàn)性誤差，實(shí)際測(cè)量中廣泛采用差動(dòng)變隙式電感傳感器。 一、變磁阻式傳感器工作原理二、變磁阻式傳感器基

5、本類(lèi)型三、變截面式自感傳感器輸出特性四、變間隙式自感傳感器輸出特性五、差動(dòng)式自感傳感器六、自感式傳感器的等效電路七、自感式傳感器的測(cè)量電路4.1 變磁阻式電感傳感器一、變磁阻式傳感器工作原理二、變磁阻式傳感器基本類(lèi)型三、變截面式自感傳感器輸出特性四、變間隙式自感傳感器輸出特性五、差動(dòng)式自感傳感器六、自感式傳感器的等效電路七、自感式傳感器的測(cè)量電路4.1 變磁阻式電感傳感器六、自感式傳感器的等效電路4.1 變磁阻式電感傳感器等效線(xiàn)圈阻抗為 電感式傳感器的線(xiàn)圈并非是純電感，該電感由有功分量和無(wú)功分量?jī)刹糠纸M成。有功分量包括：線(xiàn)圈線(xiàn)繞電阻和渦流損耗電阻及磁滯損耗電阻，這些都可折合成為有功電阻，其總電

6、阻可用R來(lái)表示；無(wú)功分量包含：線(xiàn)圈的自感L, 繞線(xiàn)間分布電容，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)可視為集中參數(shù)，用C來(lái)表示。 電感式傳感器的等效電路七、自感式傳感器的測(cè)量電路4.1 變磁阻式電感傳感器電感式傳感器的測(cè)量電路：交流電橋、變壓器式交流電橋以及諧振式等。 1、交流電橋式測(cè)量電路電橋輸出電壓為七、自感式傳感器的測(cè)量電路4.1 變磁阻式電感傳感器線(xiàn)性處理后電橋輸出電壓為1、交流電橋式測(cè)量電路 變間隙差動(dòng)式電感傳感器的靈敏度是單線(xiàn)圈式的兩倍。 差動(dòng)式的線(xiàn)性度明顯改善。 設(shè)：變壓器式交流電橋測(cè)量電路，電橋兩橋臂分別為傳感器兩線(xiàn)圈的阻抗，另外兩橋臂分別為電源變壓器的兩次級(jí)線(xiàn)圈，其阻抗為次級(jí)線(xiàn)圈總阻抗的一半。七、自感式

7、傳感器的測(cè)量電路4.1 變磁阻式電感傳感器2、變壓器式交流電橋Z1Z2IABCD當(dāng)負(fù)載阻抗為無(wú)窮大時(shí)，橋路輸出電壓為 七、自感式傳感器的測(cè)量電路4.1 變磁阻式電感傳感器2、變壓器式交流電橋當(dāng)銜鐵上下移動(dòng)相同距離時(shí)，電橋輸出電壓大小相等而相位相反。Z1Z2IABCD七、自感式傳感器的測(cè)量電路4.1 變磁阻式電感傳感器2、變壓器式交流電橋七、自感式傳感器的測(cè)量電路4.1 變磁阻式電感傳感器3、諧振式測(cè)量電路七、自感式傳感器的測(cè)量電路4.1 變磁阻式電感傳感器4、零點(diǎn)殘余電壓七、自感式傳感器的測(cè)量電路4.1 變磁阻式電感傳感器4、零點(diǎn)殘余電壓（1）零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生原因零點(diǎn)殘余電壓主要由基波分量和高

8、次諧波分量組成。 兩電感線(xiàn)圈的電氣參數(shù)及導(dǎo)磁體幾何尺寸不完全對(duì)稱(chēng)，在兩電感線(xiàn)圈上的電壓幅值和相位不同，從而形成零點(diǎn)殘余電壓的基波分量。 傳感器導(dǎo)磁材料磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)性（如鐵磁飽和、磁滯損耗），使激勵(lì)電流與磁通波形不一致，從而形成零點(diǎn)殘余電壓的高次諧波分量。（2）零點(diǎn)殘余電壓的影響 傳感器輸出特性在零點(diǎn)附近不靈敏，限制了分辨率的提高。七、自感式傳感器的測(cè)量電路4.1 變磁阻式電感傳感器4、零點(diǎn)殘余電壓 在電路上進(jìn)行補(bǔ)償。這是一種既簡(jiǎn)單又行之有效的方法。（2）零點(diǎn)殘余電壓的影響 零點(diǎn)殘余電壓太大，使線(xiàn)性度變壞，靈敏度下降，甚至?xí)狗糯笃黠柡?，堵塞有用信?hào)通過(guò)，致使儀器不再反映被測(cè)量的變化。（3）減小零點(diǎn)殘余電壓的措施 在設(shè)計(jì)和工藝上，力求做到磁路對(duì)稱(chēng)，鐵芯材料均勻；要經(jīng)過(guò)熱處理以除去機(jī)械應(yīng)力和改善磁性；兩