第3章电感式传感器1[PPT]..ppt

复习：电磁感应现象：当穿过导体回路的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电动势。自感现象：当一线圈中的电流变化时，它所激发的磁场通过线圈自身的磁通量（或磁通匝链数）也在变化，使线圈自身产生感应电动势。这种因线圈自身电流变化所引起的感应现象叫做自感现象，所产生的电动势叫做自感电动势。,比例系数L称为自感系数，简称自感，它的大小由线圈的几何形状、大小以及匝数所决定，若线圈中有铁磁质，则还与线圈中的电流及介质的性质有关。互感现象：若有两个线圈时，当线圈1中的电流变化时，会在它邻近的另一个线圈中产生感应电动势；同样，线圈2中的电流变化时，也会在线圈1中产生感应电动势。这种现象称为互感现象，所产生的感应电动势称为互感电动势。,比例系数M称为互感系数，简称互感，它的大小由线圈的几何形状、大小、匝数以及线圈之间的相对位置所决定，若线圈中有铁磁质，则还与线圈中的电流及介质的性质有关。,第3章电感式传感器,将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感L或互感M的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出,实现由非电量到电量的转换，这种装置称为电感式传感器。,3.1自感式传感器（变磁阻式传感器）,3.1.1结构及工作原理1.结构：由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。在铁芯和衔铁之间有气隙,气隙厚度为。2.工作原理：被测体与衔铁相连，被测体的运动引起衔铁移动,气隙厚度发生相应改变,引起磁路中磁阻变化,从而导致电感线圈,工作过程：被测量变化磁阻变化电感变化电压或电流变化,的电感值变化,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。,自感式传感器的原理图,由于铁芯和衔铁是由高导磁材料制成的，磁导率数量级在102106以上，其磁导率远大于空气的磁导率，所以通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻,即则式(4-2）可近（43）将式(4-3）代入式(4-1）,可得：,上式表明,当线圈匝数为常数时,电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数,只要改变或A均可导致电感变化,因此自感式传感器又可分为变气隙厚度的传感器和变气隙面积A的传感器。,a)变气隙式（闭磁路）,b)变面积式（闭磁路）,c)螺管式（开磁路）,3.1.2结构形式及特性,1.变气隙式自感传感器A不变，变L与之间是非线性关系（如图所示）设电感初始气隙为0,初始电感量为L0,变气隙式自感传感器的自感气隙长度特性曲线,当衔铁上移时,传感器气隙减小,即=0-,则此时电感为L=L0+L,得,当，线圈内磁场强度是均匀的，未插入衔铁时，螺线管电感为：,线圈半径，线圈长度，线圈匝数,结论：螺管式传感器具有良好的线性度，测量范围比较大。但灵敏度较低（比变面积式还低）。提高灵敏度可以采取下列措施：增加N；增加衔铁面积；采用高磁导率的材料。,衔铁相对磁导率，re衔铁半径，le衔铁插入线圈内的长度线圈的自感与衔铁插入的深度le成正比。,当插入衔铁后，电感为：,灵敏度：,3.1.3自感式传感器的测量电路,电感式传感器常用交流阻抗电桥和谐振电路实现信号的转换。,图电感电桥,电感电桥,输出空载电压,衔铁偏离中间点时(变气隙为例),初始平衡状态，L1=L2L0,把差动式自感传感器接入电桥，输出电压与衔铁位移成线性关系。,变气隙式电感测厚仪原理图：1-可动铁心；2-测杆；3-被测物,图示为自感式测厚仪，采用差动结构。当被测物的厚度发生变化时，引起测杆上下移动，带动衔铁产生位移，从而改变了上、下气隙的