电感式传感器ppt课件

第九章电感式传感器 一 定义电感传感器是将被测量转换为线圈的自感或互感的变化来测量的装置 二 被测参数位移 振动 力 加速度 应变 流量等 三 特点优点 灵敏度 几百mV mm 和分辨力 0 01 m 高 线性较好 0 05 0 1 输出功率大 稳定 抗干扰能力强 缺点 频率响应低 不宜进行快速动态测量 9 1自感式传感器 一 简单自感传感器1 概念自感式传感器是利用线圈自感的改变来实现非电量与电量的转换 2 结构由线圈 铁芯和活动衔铁组成 见书图6 12 3 线圈自感电动势 一般导磁体的磁阻与空气隙的磁阻相比很小 可忽略 空气隙相对截面积 空气隙厚度 二 自感传感器类型1 变气隙厚度 的自感传感器 2 变气隙截面积S的自感传感器 3 螺管式自感传感器 三种自感传感器的比较 三 差动自感传感器1 组成由两个具有公共衔铁的完全相同的自感传感器组成 衔铁处于中间位置时 U0 0 2 特点抗干扰能力强 灵敏度提高一倍 线性好 精度及特性变好 电磁吸力对测量力的影响相互抵消 四 测量电路 L I V的幅值 频率 相位的变化 基本测量电路通常都采用交流桥路1 一般电桥 其特点是平衡臂 Z3和Z4 均为纯电阻 1 初始时 衔铁处于中间位置 1 2 0 L1 L2 L0 即Z1 Z2 而Z3 Z4是电桥固定臂 于是电桥平衡 输出电压为0 2 当衔铁偏离中间位置 时 两线圈电感量一增 一减 根据对称关系有 L1 L2 此时电桥失衡 有电压输出 差动电感传感器与单线圈电感传感器有如下优点 从理论上清除了起始时的零位输出 2 灵敏度提高 相同输入下输出增大 3 线性度得到改善 电感变化量中高次项能部分相互抵消 4 差动形式可进行温度补偿 减弱或消除温度 电源变化及外界干扰的影响 如衔铁上移 1 L1 Z1 Z Z 2 L2 Z2 Z Z 如衔铁下移 Z1 Z Z Z2 Z Z相差1800 变压器电桥简单 输出阻抗小 应用广泛 2 变压器交流电桥 工作臂Z1 Z2是差动传感器的两个线圈阻抗 且为纯电阻 1 在中间位置时 Z1 Z2 Z 输出电压U0为零2 如衔铁上移 Z1 Z ZZ2 Z Z当电源上正下负时 VR1VR2 输出仍下正上负所以 当衔铁上移时 输出下正上负 其大小与位移相关 3 带相敏整流器电桥 既反映输入的大小 又能辩向 如衔铁下移 Z1 Z ZZ2 Z Z当电源上正下负时 VR1 VR2 输出上正下负当电源上负下正时 VR1 VR2 输出仍上正下负所以 当衔铁下移时 输出上正下负 其大小与位移相关 4 特点简单 输出功率大 精度较高 但输出与激励电源频率相关 要求有稳频电源 5 应用测位移 派生量 压力 流量 厚度 震动等 量程 100mm 9 2差动变压器 一 概念差动变压器是互感传感器 是把被测位移转换成传感器线圈的互感的变化量 由于常做成差动的 故称差动变压器 二 工作原理主要由一个线框和一个铁心组成 输入线圈 一次线圈一组输出线圈 二次线圈两组 1 若输出接成反向串联 则此时传感器的输出电压U2 U21 U222 当铁芯在平衡位置时 U21 U22 中间位置时 M1 M2 输出为零如铁芯上移 M1 M M M2 M M 与U21极性相同 如铁芯下移 M1 M MM2 M M 与U21极性相反 三 特性1 灵敏度 一般大于50mV mm V 提高灵敏度的措施 提高线圈的Q值 需增大尺寸 长度 直径 1 2 2 0 选择较高的励磁频率 增大铁芯直径 采用导磁率高的材料 减小涡流损坏 提高励磁电压 2 频率特性励磁频率一般取 10 50KHz 也可在5 400KHz内但频率太高引起温度及频率误差增大 频率太低引起铁损及偶合电容影响增大 矛盾 f U2 f L U2 取最佳值3 温度特性温度误差主要受机械部分的热胀冷缩和一次线圈中的电阻的温度系数影响 4 零点残余电压及其消除方法零点残余电压主要由结构的不对称和高谐波等引起采用相敏整流电路使输出同时反映铁芯移动的大小与方向 并大大减少零点残余电压 也可附加调零电路解决 四 差动变压器测量电路差动变压器的输出是调幅波 为辨别衔铁的移动方向 要进行解调 常用解调方法 差动相敏检波与差动整流电路 采用解调电路还可消减零位电压 1 差动相敏检波电路要求参考电压与差动变压器次级输出电压频率相同 相位相同或相反 因此常接入移相电路 为提高检波频率 参考电压幅值取为信号的3 5倍 图中RW是调零电位器 对测量小位移的差动变压器 若输出信号太小 电路中可接入放大器 2 差动整流电路这种电路简单 不需参考电压 不需考虑相位调整和零位电压影响 对感应和分布电容影响不敏感 此外经差动整流后变成直流输出便于远距离传送 9 3涡流传感器 一 涡流的概念涡流 成块的金属置于变化着的磁场中或者在磁场中运动时 金属体内都要产生感应电动势形成电流 这种电流在金属体内是自己闭合的 称为涡流 其大小与 x 有关 二 涡流传感器的特点可进行非接触测量 动态响应好 灵敏度高 主要测量位移 厚度 转速 硬度 振动以及无损探伤等 应用极为广泛 三 分类高频反射涡流传感器低频透射传感器 四 高频反射涡流传感器 等效电路 1 基本工作原理 i i ie e 原线圈L变化当传感器与被测导体靠近时 传感器的等效阻抗Z将发生变化 Z可表示为 Z R r M r l j L L M r l 分析 R r M r l 反射电阻L L L M r l 反射电感受涡流影响 电阻增加 电感下降可用函数式表示如下 2 单值函数关系 一般说来 线性区为线圈外径的1 3到1 5 3 结构形式主要是一个安装在框架上的线圈 线圈内可绕成一个扁平圆形粘贴于框架上 也可在框架上开一条槽 导线绕制在槽内而形成一个线圈 4 测量方法1 调频法2 调幅法5 影响高频反射涡流传感器灵敏度的因素1 被测物体形状对测量的影响 2 工作表面处理对灵敏度的影响 渗透深度与励磁电流的频率相关 五 低频透射涡流传感器 还与U的幅值 频率以及两线圈的匝数以及相对位置相关 i i ie e E下面线圈的感应电压E主要与M的厚度相关 应用特点 耐振动 无疲劳损耗 无摩擦 无滞后 线性度好