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文档简介
,第4章 电感式传感器 4.1 变磁阻式传感器 4.2 差动变压器式传感器 4.3 电涡流式传感器,4.1 变磁阻式传感器 4.1.1 工作原理 变磁阻式传感器的组成: 线圈 铁芯 衔铁,变磁阻式传感器,铁芯和衔铁由导磁材料制成: 1. 硅钢片 2. 坡莫合金,1. 硅钢片 硅的作用: 提高铁的电阻率, 增大磁导率, 降低矫顽力、 降低铁芯损耗(铁损)。,2. 坡莫合金 坡莫合金:即铁镍合金。 镍:近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素, 它能够高度磨光和抗腐蚀。,在铁芯和衔铁之间有气隙,气隙厚度为, 传感器的运动部分与衔铁相连。,当衔铁移动时,气隙厚度发生改变,引起磁路中磁阻变化,从而导致电感线圈的 L 变化。 只要能测出 L 的变化,就能确定衔铁位移量的大小和方向。,由磁路欧姆定律, 得,Rm 为磁路总磁阻。,1铁芯材料的导磁率(磁导率); 2衔铁材料的导磁率; l1磁通量通过铁芯的长度; l2磁通量通过衔铁的长度;,变磁阻式传感器,S1铁芯的截面积; S2衔铁的截面积; 0空气的导磁率; S0气隙的截面积; 气隙的厚度。,S1铁芯的截面积; S2衔铁的截面积; 0空气的导磁率; S0气隙的截面积; 气隙的厚度。,当线圈匝数为常数时,L 仅仅是Rm的函数,改变或 S0 均可导致电感变化。 变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度的传感器和变气隙面积 S0 的传感器。 目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器。,4.1.2 输出特性 L与之间是非线性关系,图4-2 变隙式电压传感器的L-特性,当衔铁处于初始位置时,初始电感量为,当衔铁上移时,,当/01时, 用台劳(幂)级数展开,同理,当衔铁随被测体的初始位置向下移动时,有,作线性处理, 即忽略高次项后,,灵敏度为,变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾, 因此该传感器适用于测量微小位移的场合。 为了减小非线性误差,实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器。,差动变隙式电感传感器,4.1.3 测量电路 电感式传感器的测量电路的类型: 交流电桥式 变压器式交流电桥 谐振式等。,1. 电感式传感器的等效电路 电感式传感器的线圈并非是纯电感, 该电感由两部分组成: 有功分量 无功分量。,电感式传感器的等效电路,将上式有理化并应用品质因数 Q=L/R,可得,当Q2LC且2LC 1时,,令,C 的存在,使有效串联损耗电阻及有效电感增加,而有效 Q 值减小。 在有效阻抗不大的情况下,它会使 K 提高,从而引起传感器性能的变化。,在测量中若更换连接电缆线的长度, 在激励频率较高时应对传感器的灵敏度重新进行校准。,2. 交流电桥式测量电路,交流电桥测量电路,当衔铁往上移动 时, 差动传感器电感的总变化量L=L1+L2,对上式进行线性处理, 即忽略高次项得,单线圈式和差动式两种变间隙电感传感器的特性比较: 差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。 差动式的线性度得到明显改善。,电桥输出电压与成正比关系。,3. 变压器式交流电桥,变压器式交流电桥,电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗,另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/2阻抗。 当负载阻抗为无穷大时, 桥路输出电压,当传感器的衔铁处于中间位置, 即Z1=Z2=Z, 此时有 电桥平衡。,当衔铁上移时, 如 Z1=Z +Z, Z2=Z Z时,,当衔铁下移时, 如 Z1=ZZ, Z2=Z+Z,,衔铁上移,,衔铁下移,衔铁上下移动相同距离时,输出电压相位相反,大小随衔铁的位移而变化。,由于 是交流电压,输出指示无法判断位移方向, 必须配合相敏检波电路来解决。,4. 谐振式测量电路 分类: 谐振式调幅电路 谐振式调频电路,谐振式调幅电路,输出电压的频率与电源频率相同, 输出电压的幅值随着电感 L 而变化, 其中 L0 为谐振点的电感值。,电路的优点: 灵敏度很高, 不足: 线性差, 适用于线性度要求不高的场合。,谐振式调频电路,谐振式调频电路,电感 L 的变化将引起
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