電感式位移傳感器課件

電感式傳感器電感式位移傳感器電感式位移傳感器實例

電感式位移傳感器電磁感應(yīng)利用線圈電感或互感的改變來實現(xiàn)非電量測量分為變磁阻式、變壓器式、渦流式等特點：工作可靠、壽命長靈敏度高，分辨力高精度高、線性好性能穩(wěn)定、重復(fù)性好電感式位移傳感器變磁阻式傳感器4.1.1工作原理

4.1變磁阻式傳感器電感式位移傳感器通常氣隙磁阻遠(yuǎn)大于鐵芯和銜鐵的磁阻，即分為變氣隙厚度δ的傳感器和變氣隙面積δ的傳感器。目前使用最廣泛的是變氣隙厚度式電感傳感器電感式位移傳感器4.1.2輸出特性L與δ之間是非線性關(guān)系，特性曲線如所示。變隙式電壓傳感器的L-δ特性電感式位移傳感器分析：當(dāng)銜鐵處于初始位置時，初始電感量為

當(dāng)銜鐵上移Δδ時，傳感器氣隙減小Δδ，即δ=δ0－Δδ，則此時輸出電感為電感式位移傳感器靈敏度為可見：變間隙式電感傳感器的測量范圍與靈敏度及線性度相矛盾，因此變隙式電感式傳感器適用于測量微小位移的場合。電感式位移傳感器與銜鐵上移切線斜率變大銜鐵下移切線斜率變小電感式位移傳感器為了減小非線性誤差，實際測量中廣泛采用差動變隙式電感傳感器。電感式位移傳感器4.1.3測量電路

交流電橋式、變壓器式交流電橋以及諧振式等。

1.電感式傳感器的等效電路

當(dāng)Q>>ω2LC且ω2LC<<1時電感式位移傳感器

高Q值有ΔZ1+ΔZ2≈jω(ΔL1+ΔL2)，則電橋輸出電壓為(4-20)

2.交流電橋式測量電路電感式位移傳感器

3.變壓器式交流電橋使用元件少，輸出阻抗小,獲得廣泛應(yīng)用(1)變壓器電路電感式位移傳感器當(dāng)傳感器銜鐵上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ，當(dāng)傳感器銜鐵下移：如Z1=Z－ΔZ，Z2=Z+ΔZ，此時由于是交流電壓，輸出指示無法判斷位移方向，必須配合相敏檢波電路來解決。電感式位移傳感器(2)相敏檢波電路電感式位移傳感器(a)非相敏整流電路；（b）相敏整流電路使用相敏整流，輸出電壓U0不僅能反映銜鐵位移的大小和方向，而且還消除零點殘余電壓的影響，

電感式位移傳感器調(diào)幅電路：特點：此電路靈敏度很高，但線性差，適用于線性度要求不高的場合。4.諧振式測量電路分為：諧振式調(diào)幅電路和諧振式調(diào)頻電路。電感式位移傳感器

調(diào)頻電路：傳感器電感L的變化引起輸出電壓頻率的變化。把傳感器電感L和電容C接入一個振蕩回路中，其振蕩頻率 。當(dāng)L變化時，振蕩頻率隨之變化，根據(jù)f的大小即可測出被測量的值。電感式位移傳感器傳感器電感L變化會引起輸出電壓相位變化.5.調(diào)相式轉(zhuǎn)換電路形式

電感式位移傳感器6.自感傳感器的靈敏度

傳感器結(jié)構(gòu)靈敏度轉(zhuǎn)換電路靈敏度總靈敏度電感式位移傳感器第一項決定于傳感器的類型第二項決定于轉(zhuǎn)換電路的形式第三項決定于供電電壓的大小氣隙型、變壓器電橋傳感器傳感器靈敏度的單位為mV/(μm·V)電源電壓為1V，銜鐵偏移1μm時，輸出電壓為若干毫伏電感式位移傳感器

變磁阻式傳感器的應(yīng)用變隙電感式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖電感式位移傳感器電感式位移傳感器

差動變壓器式傳感器

●把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感變化

●根據(jù)變壓器的基本原理制成的，次級繞組用差動形式連接。

●差動變壓器結(jié)構(gòu)形式：變隙式、變面積式和螺線管式等。

●在非電量測量中，應(yīng)用最多的是螺線管式差動變壓器，它可以測量1～100mm機(jī)械位移，并具有測量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠等優(yōu)點。電感式位移傳感器(a)、(b)變隙式差動變壓器；(c)、(d)螺線管式差動變壓器；(e)、(f)變面積式差動變壓器電感式位移傳感器變隙式差動變壓器

1.工作原理

電感式位移傳感器

2.輸出特性

在忽略鐵損（即渦流與磁滯損耗忽略不計）、漏感以及變壓器次級開路（或負(fù)載阻抗足夠大）的條件下,等效電路如下。圖中r1a與L1a,r1b與L1b,r2a與L2a,r2b與L2b，分別為W1a,W1b,W2a,W2b繞阻的直流電阻與電感。電感式位移傳感器當(dāng)r1a<<ωL1a，r1b<<ωL1b時，不考慮鐵芯與銜鐵中的磁阻影響，變隙式差動變壓器輸出電壓Uo的表達(dá)式，即.分析：當(dāng)銜鐵處于初始平衡位置時，因δa=δb=δ0，則Uo=0。但是如果被測體帶動銜鐵移動，例如向上移動Δδ（假設(shè)向上移動為正）時，則有δa=δ0-Δδ，δb=δ0+Δδ，代入上式可得.電感式位移傳感器變隙式差動變壓器輸出特性電感式位移傳感器結(jié)論：

（１）供電電源首先要穩(wěn)定，電源幅值的適當(dāng)提高可以提高靈敏度K值;（２）增加W2/W1的比值和減少δ0都能使靈敏度K值提高;（３）以上分析的結(jié)果是在忽略鐵損和線圈中的分布電容條件下得到的;（４）以上結(jié)果是在假定工藝上嚴(yán)格對稱前提下得到的，而實際上很難做到這一點;（５）上述推導(dǎo)是在變壓器副邊開路的情況下得到的。電感式位移傳感器4.2.2螺線管式差動變壓器

1.工作原理線管式差動變壓器結(jié)構(gòu)

電感式位移傳感器差動變壓器等效電路

電感式位移傳感器差動變壓器輸出電壓的特性曲線

電感式位移傳感器

當(dāng)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M1>M2，因而E2a增加，而E2b減小。反之，E2b增加，E2a減小。因為Uo=E2a-E2b，所以當(dāng)E2a、E2b

隨著銜鐵位移x變化時，Uo也必將隨x而變化。電感式位移傳感器2.零點殘余電壓當(dāng)銜鐵位于中心位置時，差動變壓器輸出電壓并不等于零，我們把差動變壓器在零位移動時的輸出電壓稱為零點殘余電壓，記作ΔUo.它的存在使傳感器的輸出特性不經(jīng)過零點，造成實際特性與理論特性不完全一致。零點殘余電壓產(chǎn)生原因：主要是由傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等引起的。電感式位移傳感器零點殘余電壓的波形主要由基波和高次諧波組成?；óa(chǎn)生的主要原因是：傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)、幾何尺寸不對稱，導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感應(yīng)電勢幅值不等、相位不同，因此不論怎樣調(diào)整銜鐵位置，兩線圈中感應(yīng)電勢都不能完全抵消。高次諧波（主要是三次諧波）產(chǎn)生原因：是磁性材料磁化曲線的非線性（磁飽和、磁滯）。零點殘余電壓一般在幾十毫伏以下，在實際使用時，應(yīng)設(shè)法減小Ux，否則將會影響傳感器的測量結(jié)果。電感式位移傳感器減小零點殘余電壓方法：

1.

盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)及磁路的對稱。

2.

選用合適的測量電路，如采用相敏整流電路。

3.采用補(bǔ)償線路減小零點殘余電動勢。電感式位移傳感器3.基本特性當(dāng)初級開路時式中：U——初級線圈激勵電壓；

ω——激勵電壓U的角頻率；

I1——初級線圈激勵電流；

r1、

L1——初級線圈直流電阻和電感。..電感式位移傳感器根據(jù)電磁感應(yīng)定律，次級繞組中感應(yīng)電勢的表達(dá)式分別為輸出電壓的有效值為電感式位移傳感器①活動銜鐵處于中間位置時M1=M2=M

故Uo=0②活動銜鐵向上移動時M1=M+ΔM，M2=M-ΔM

故與E2a同極性。.電感式位移傳感器③活動銜鐵向下移動時M1=M-ΔM，M2=M+ΔM

故與E2b同極性。.電感式位移傳感器4.差動變壓器式傳感器測量電路

問題：（1）差動變壓器的輸出是交流電壓(用交流電壓表測量，只能反映銜鐵位移的大小，不能反映移動的方向);

（2）測量值中將包含零點殘余電壓。常常采用差動整流電路或相敏檢波電路。

(1)差動整流電路把差動變壓器的兩個次級輸出電壓分別整流，然后將整流的電壓或電流的差值作為輸出。電感式位移傳感器整流電路的輸出電壓為

當(dāng)銜鐵在零位時，因為U24=U68，所以U2=0；當(dāng)銜鐵在零位以上時，因為U24>U68

，則U2>0；而當(dāng)銜鐵在零位以下時，則有U24<U68，則U2<0。U2的正負(fù)表示銜鐵位移的方向。..........電感式位移傳感器

5.差動變壓器式傳感器的應(yīng)用

可直接用于位移測量，也可以測量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如振動、加速度、應(yīng)變、張力等。

(1)加速度傳感器電感式位移傳感器（2）力和力矩的測量1－線圈2－銜鐵3－彈性元件優(yōu)點：承受軸向力時應(yīng)力分布均勻；當(dāng)長徑比較小時，受橫向偏心的分力的影響較小。電感式位移傳感器（3）微小位移的測量1－測端2