传感器原理及应用-第4章 - 4.1 变磁阻式电感传感器.ppt

第4章电感式传感器 电感式传感器的定义一种利用线圈自感和互感的变化实现非电量测量的装置 电感式传感器的感测量位移 振动 压力 应变 流量 比重等 电感式传感器的种类根据转换原理 自感式 変磁阻式 互感式 差动变压器式 电涡流式三种 根据结构形式 气隙型 面积型和螺管型 第4章电感式传感器 电感式传感器的优点 结构简单 可靠 分辨率高机械位移0 1 m 甚至更小 角位移0 1角秒 输出信号强 电压灵敏度可达数百mV mm 重复性好 线性度优良在几十 m到数百mm的位移范围内 输出特性的线性度较好 且比较稳定 能实现远距离传输 记录 显示和控制 电感式传感器的不足不宜高频动态测量 第4章电感式传感器 4 1变磁阻式电感传感器4 2差动变压器式电感传感器4 3电涡流式传感器4 4电感式传感器的应用 一 变磁阻式传感器工作原理二 变磁阻式传感器基本类型三 变截面式自感传感器输出特性四 变间隙式自感传感器输出特性五 差动式自感传感器六 自感式传感器的等效电路七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 变磁阻式传感器即自感式电感传感器 利用线圈自感量的变化来实现测量的 传感器结构 线圈 铁芯和衔铁三部分组成 一 变磁阻式传感器工作原理 4 1变磁阻式电感传感器 线圈中电感量 工作原理 铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成 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 当被测量变化时 使衔铁产生位移 引起磁路中磁阻变化 从而导致电感线圈的电感量变化 因此只要能测出这种电感量的变化 就能确定衔铁位移量的大小和方向 总磁阻 线圈匝数 一 变磁阻式传感器工作原理 4 1变磁阻式电感传感器 一 变磁阻式传感器工作原理二 变磁阻式传感器基本类型三 变截面式自感传感器输出特性四 变间隙式自感传感器输出特性五 差动式自感传感器六 自感式传感器的等效电路七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 变磁阻式传感器即自感式电感传感器的基本类型 二 变磁阻式传感器基本类型 4 1变磁阻式电感传感器 1 变气隙厚度式 2 变气隙面积式变截面式和螺管式 变气隙厚度式 螺管式 变气隙截面式 一 变磁阻式传感器工作原理二 变磁阻式传感器基本类型三 变截面式自感传感器输出特性四 变间隙式自感传感器输出特性五 差动式自感传感器六 自感式传感器的等效电路七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 三 变截面式自感传感器输出特性 4 1变磁阻式电感传感器 因此 输出电感的变化与截面面积的变化成线性关系 三 变截面式自感传感器输出特性 4 1变磁阻式电感传感器 输出电感灵敏度与初始截面面积的成反比关系 因此既可确定衔铁位移量的大小又可确定方向 输出电感灵敏度 三 变截面式自感传感器的输出特性 4 1变磁阻式电感传感器 一 变磁阻式传感器工作原理二 变磁阻式传感器基本类型三 变截面式自感传感器输出特性四 变间隙式自感传感器输出特性五 差动式自感传感器六 自感式传感器的等效电路七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 四 变间隙式自感传感器输出特性 4 1变磁阻式电感传感器 四 变间隙式自感传感器输出特性 4 1变磁阻式电感传感器 四 变间隙式自感传感器输出特性 4 1变磁阻式电感传感器 因此既可确定衔铁位移量的大小又可确定方向 忽略高次项线性处理 四 变间隙式自感传感器输出特性 4 1变磁阻式电感传感器 电感灵敏度 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 一 变磁阻式传感器工作原理二 变磁阻式传感器基本类型三 变截面式自感传感器输出特性四 变间隙式自感传感器输出特性五 差动式自感传感器六 自感式传感器的等效电路七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 五 差动式自感传感器 4 1变磁阻式电感传感器 在实际使用中 常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁 构成差动式自感传感器 差动结构的特点 1 改善线性 提高灵敏度外 2 补偿温度变化 电源频率变化等的影响 从而减少了外界影响造成的误差 差动螺管式 差动变截面式 三种基本类型 一 变磁阻式传感器工作原理二 变磁阻式传感器基本类型三 变截面式自感传感器输出特性四 变间隙式自感传感器输出特性五 差动式自感传感器六 自感式传感器的等效电路七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 六 自感式传感器的等效电路 4 1变磁阻式电感传感器 等效线圈阻抗为 电感式传感器的线圈并非是纯电感 该电感由有功分量和无功分量两部分组成 有功分量包括 线圈线绕电阻和涡流损耗电阻及磁滞损耗电阻 这些都可折合成为有功电阻 其总电阻可用R来表示 无功分量包含 线圈的自感L 绕线间分布电容 为简便起见可视为集中参数 用C来表示 电感式传感器的等效电路 一 变磁阻式传感器工作原理二 变磁阻式传感器基本类型三 变截面式自感传感器输出特性四 变间隙式自感传感器输出特性五 差动式自感传感器六 自感式传感器的等效电路七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 电感式传感器的测量电路 交流电桥 变压器式交流电桥以及谐振式等 1 交流电桥式测量电路 电桥输出电压为 七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 线性处理后电桥输出电压为 1 交流电桥式测量电路 变间隙差动式电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍 差动式的线性度明显改善 设 曲线1 2为两线圈各自电感特性 曲线3为两线圈差接时的电感特性 曲线4为差接后电桥输出电压与衔铁位移的特性曲线 七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 1 交流电桥式测量电路 变压器式交流电桥测量电路 电桥两桥臂分别为传感器两线圈的阻抗 另外两桥臂分别为电源变压器的两次级线圈 其阻抗为次级线圈总阻抗的一半 七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 2 变压器式交流电桥 当负载阻抗为无穷大时 桥路输出电压为 七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 2 变压器式交流电桥 当衔铁上下移动相同距离时 电桥输出电压大小相等而相位相反 七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 2 变压器式交流电桥 两类谐振式测量电路 谐振式调幅电路 谐振式调频电路 七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 3 谐振式测量电路 七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 3 谐振式测量电路 七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 4 零点残余电压 七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 4 零点残余电压 1 零点残余电压产生原因零点残余电压主要由基波分量和高次谐波分量组成 两电感线圈的电气参数及导磁体几何尺寸不完全对称 在两电感线圈上的电压幅值和相位不同 从而形成零点残余电压的基波分量 传感器导磁材料磁化曲线的非线性 如铁磁饱和 磁滞损耗 使激励电流与磁通波形不一致 从而形成零点残余电压的高次谐波分量 2 零点残余电压的影响 传感器输出特性在零点附近不灵敏 限制了分辨率的提高 七 自感式传感器的测量电路 4 1变磁阻式电感传感器 4 零点残余电压 在电路上进行补偿 这是一种既简单又行之有效的方法 2 零点残余电压的影响 零点残余电压太大 使线性度变坏 灵敏度下降 甚至会使放大器饱和 堵塞有用信号通过 致使仪器不再反映被测量的变化 3 减小零点残余电压的措施 在设计和工艺上 力求做