电感式传感器及应用PPT课件

2015/10/12，1，第4章电感传感器和应用，主持人：李静。根据法拉第电磁定律，当通过闭合电路的磁通量变化时，会产生感应电动势，这叫做电磁感应。这种现象可以用来形成各种传感器。电感传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的装置。引言。3。感应传感器。原理定义了一种利用线圈自感和互感的变化来实现非电测量的装置。感测位移、振动、压力、应变、流速、比重等。分类基于转换原理：自感型(磁阻型)、互感型(差动变压器型)和涡流型。按结构形式：气隙式、面积式和螺旋式。优点结构简单可靠分辨率高，机械位移0.1 m；角位移为0.1角秒。输出信号强，电压灵敏度可达几百毫伏/毫米。(3)重复性好，在几十微米到几百毫米的位移范围内线性好，输出特性线性好，相对稳定。(4)可以实现远程传输、记录、显示和控制。没有交流零信号，高频动态测量不适合。5，主要章节，4.1自感传感器4.2差动变压器传感器4.3涡流传感器，6、4.1自感传感器，自感传感器是利用自感随气隙变化的原理制成的，主要用于测量位移。自感知传感器主要有闭合磁路可变间隙型和开路磁路螺线管型，可分为单线圈型和差动型。7，内容，4.1.1结构和工作原理4.1.2自感式传感器的测量电路4.1.3自感式传感器的应用实例，8，自感式传感器基本工作原理的演示，f，9，4.1.1基本工作原理，因此，磁路的总磁阻可表示为：线圈的近似计算电感为：10，结论，电感传感器原则上可分为两种类型，可变气隙长度型和可变气隙横截面型，前者通常用于测量直线。如果将圆柱形电枢放置在线圈中，当电枢上下移动时，自感会相应地变化，形成螺线管型自感传感器。11、4.1.1常见结构形式，1-线圈2-铁芯3-电枢4-测量杆5-导轨6-工件7-旋转轴，12岁。感应式表明，可变气隙长度传感器线性度差，指示范围窄，自由行程小，但在小位移下灵敏度高，常用于小位移测量。1.可变气隙(闭合磁路)自感知传感器，1线圈2铁芯3电枢。13，1。可变气隙(闭合磁路)自感知传感器。从感应式中还知道，可变截面传感器具有良好的线性、大的自由行程、宽的指示范围，但是灵敏度低，并且经常用于测量大的位移。为了扩大指示范围和减少非线性误差，可以使用差分结构。螺线管型(开路磁路型)自感知传感器，螺线管型自感知传感器通常采用差动式。1-测量杆2-电枢3-线圈、差动电感传感器对外界的影响，如温度变化、电源频率变化等。基本上可以相互抵消，电枢承受的电磁吸力较小，从而减小了测量误差。15，特征，1，2-L1，L2特征，3-微分特征。16、4.1.2自感知传感器的测量电路包括交流分压式、交流桥式和谐振式等。最常用的差动传感器是交流电桥型。交流电桥有很多种，当工作在差分模式时，它们的电桥电路通常采用双臂工作模式。根据电路的基本分析方法，当传感器的动铁芯处于初始平衡位置时，当两个线圈的电感和阻抗相等时，可以得到电桥的输出电压。电桥输出电压，电桥处于平衡状态。当铁芯移动到一侧时，一个线圈的阻抗增加。当传感器线圈具有高Q值时，线圈的电阻远小于其电感。当动铁芯向另一侧(相反方向)移动时，差动自感知传感器采用变压器交流电桥作为测量电路，电桥输出电压既能反映被测体的位移，又能反映位移的方向，输出电压与电感变化呈线性关系。对于具有相敏整流的交流电桥，由于在上述变压器交流电桥中使用交流电源，所以无论可动铁芯向线圈的哪个方向移动，电桥的输出电压始终是交流的，即不能确定位移的方向。通常使用具有相敏整流的交流电桥。22，结构，带相敏整流的交流电桥电路，23，(1)当铁芯在初始平衡位置处于初始平衡位置时的等效电路，24，(2)当可移动铁芯移动到一侧时，铁芯在线圈的一个方向上移动时的等效电路。因此，在Ui的正半周期中，在Ui的负半周期中。26，只要活动铁芯向一个方向移动，无论在交流电源的正半周还是负半周，电桥输出电压都是正的。(3)当可动铁芯向相反方向移动时，当可动铁芯向线圈的另一个方向移动时，上述分析方法也可以用来证明无论在正半周还是负半周，电桥输出电压都是负的。28，应用，1-理想特性曲线2-实际特性曲线。29、4.1.3自感知传感器应用实例，用于测量位移，也可用于测量振动、应变、厚度、压力、流量、液位和其他非电量。30，1。自感知测厚仪，1-可移动铁芯2-测量杆3-被测物体。31，2。位移测量，1-导线2-线圈3-电枢4-力测量弹簧5-导杆6-密封盖7-测量头。32、其他感应测量微头、33，4.2差动变压器型传感器。将测量的非电量变化转换成线圈互感变化的传感器称为互感型传感器。因为这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，而且它的次级绕组是以差动形式连接的，所以它也叫差动变压器式传感器，简称差动变压器。在非电量测量中，螺线管差动变压器应用最为广泛，如可变间隙型、可变面积型和螺线管型。它可以测量1 100毫米范围内的机械位移，具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。34、4.2.1基本工作原理、螺线管型差动变压器示意图1-初级绕组2-次级绕组3-电枢4-测量杆、螺线管型差动变压器示意图。35，输出特性，零剩余电动势，36，零电位，零剩余电动势使传感器的输出特性接近零不敏感，给测量带来误差。为了降低零剩余电动势，可以使用以下方法。(1)尽可能确保传感器尺寸、线圈电气参数和磁路对称。(2)选择合适的测量电路。(3)利用补偿电路降低零剩余电动势。嘿。37、4.2.2测量电路中，差动变压器输出的是交流电压，如果用交流电压表测量，只能反映电枢位移的大小，而不能反映运动的方向。此外，测量值将包括零残余电压。为了区分运动方向和消除零剩余电动势，在实际测量中经常使用差动整流电路和相敏检测电路。差动变压器式传感器的应用，差动变压器不仅可以直接用于位移测量，还可以测量任何与位移相关的机械量，如振动、加速度、应变、压力、张力、比重和厚度等。40、L1和L2传感器被用作两个桥臂。C1和C2是另外两个桥臂；D1-D4形成相敏整流器；磁饱和变压器t提供桥电压。差动变压器测厚仪。41，1。振动和加速度测量，振动传感器及其测量电路1-弹性支架2-差动变压器。42，2。力和压力测量，差动变压器力传感器，1-上部2-电枢3-线圈4-变形部分5-下部。43，微型压力传感器，1-差动变压器2-电枢3-外壳4-插头5-通孔6-底座7-波纹管8-接头9-电路板，感应微型压力传感器。44，分类总结，1，感应传感器的工作原理，能力2。三种自感知传感器的工作原理、特点和适用范围；3、用相敏整流器交流电桥是如何判断电枢运动方向的？4.零残余电压是如何产生的，它将如何影响传感器性能，以及如何消除？课后作业：4.1，4.4，46，4.3涡流传感器。根据法拉第电磁感应原理，当大块金属导体置于变化的磁场中或在磁场中移动以切割磁力线时，导体中会产生涡流。这种电流叫做涡流，这种现象叫做涡流效应。基于涡流效应的传感器称为涡流传感器。根据涡流在导体中的渗透情况，这种传感器可分为两种类型：高频反射型和低频透射型，但其基本工作原理仍然相似。涡流传感器最大的特点是非接触式连续测量位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等。此外，它们还具有体积小、灵敏度高、频响宽等特点。它们被广泛使用。47、4.3.1涡流传感器的工作原理，线圈阻抗的变化完全取决于被测金属导体的涡流效应。涡流效应不仅与被测物体的电阻率、磁导率和几何形状有关，还与线圈的几何参数、线圈中激励电流的频率以及线圈和导体之间的距离x有关。因此，传感器线圈在涡流影响下的等效阻抗Z的函数关系为Z=F(，r，x)，示意图。48的涡流传感器。如果上述公式中的其他参数保持不变，并且只有一个参数改变，则传感器线圈的阻抗z只是该参数的单值函数。该参数可以通过与传感器匹配的测量电路测量阻抗z的变化来测量。49、4.3.2涡流传感器的基本结构和类型，1。涡流传感器的基本结构。涡流传感器的基本类型，50，1。涡流传感器的基本结构，主要由线圈和框架组成。根据线圈在框架上的放置方法，传感器结构可分为两种形式：一种是单独缠绕成无框架线圈的扁平圆形线圈，该线圈通过胶水粘合到框架的顶部。图4-26CZF3涡流传感器1-外壳2-框架3-线圈4-保护套5-填充物6-螺母7-电缆，51岁。另一个是在框架的封闭端面上形成的细槽，以及通过导线缠绕在槽中的线圈，如图4-27 CZF1涡流传感器所示。图4-27CZF1涡流传感器1-涡流线圈2-前端外壳3-位置调节螺钉4-信号处理电路5-夹紧螺母6-电源指示灯-阈值指示灯8-输出屏蔽电缆9-电缆插头，52，2。涡流传感器的基本类型，涡流在金属导体中的穿透深度与传感器线圈激励信号的频率有关，因此涡流传感器可分为高频反射型和低频透射型。目前，高频反射涡流传感器被广泛使用。高频(1兆赫)激励电流产生的高频磁场作用于金属板表面，由于集肤效应，在金属板表面形成涡流。同时，涡流产生的交变磁场作用于线圈，导致线圈自感L或阻抗ZL发生变化。线圈自感L或阻抗ZL的变化与金属板距离H、金属板电阻率、磁导率、励磁电流I和角频率等有关。如果在其他参数不变的情况下，只改变距离H，位移的变化可以转化为线圈自感的变化，由测量电路转化为电压输出。高频反射涡流传感器有高频反射涡流传感器。54，(2)低频传输，低频传输涡流传感器，55，4.3.3测量电路，1。桥接电路2。调幅(am)电路3。调频电路(100千赫 1兆赫)。56，1。桥式电路，静态，桥式平衡，桥式输出uab=0。工作时，传感器靠近被测体，涡流效应等效电感l发生变化，测量电桥失去平衡，即UAB0，经线性放大后送至检测器检测，然后输出DC电压u .调幅(AM)电路，应时振荡器产生稳定的频率和幅值高频振荡电压(100千赫 1兆赫)激励涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生涡流，导致涡流线圈端电压衰减。经过高压、检测和低压电路后，最终输出的DC电压Uo反映了金属体对涡流线圈的影响)。调频电路(100千赫 1兆赫)。当涡流线圈和被测物体之间的距离x改变时，涡流线圈的电感l也将改变，导致LC振荡器的输出频率改变。这个频率可以由计算机直接测量。如果模拟仪表用于显示或记录，必须使用鉴频器将F转换为电压UO。对于涡流传感器的应用，涡流传感器具有结构简单、易于非接触连续测量、灵敏度高、适用性强的特点。(1)以位移X为变换量，可制成测量位移、厚度、振幅、振动摆、转速等的传感器。以及接近开关、计数器等。(2)利用材料的电阻率作为转换量，可制成温度测量、材料鉴别等传感器。(3)以磁导率为转换量，测量应力、硬度等的传感器。可以制造；(4)探伤装置可利用变换量x、x、x等的综合表影响来制作。测量转速，在软磁材料制成的输入轴上加工键槽(或安装齿轮状零件)，在距输入面d0一定距离处安装涡流传感器，输入轴与被测转轴连接。原则上，当旋转体旋转时，输出轴的距离变化d0。由于涡流效应，这种变化将导致振荡谐振电路的品质因数发生变化，传感器线圈的电感也将随着d的变化而变化，这将直接影响振荡器的电压幅度和振荡频率。因此，随着输入轴的旋转，从振荡器输出的信号包括与转数成比例的脉冲频率信号。检测器检测电压幅度的变化，然后通过整形电路输出脉冲频率信号F。该信号可由电路处理以获得测量的转速。测量位移并接通电源后，涡流探头的有效表面(感应工作表面)将产生交变磁场。当金属物体接近传感表面时，金属表面将吸收涡流探头中的高频振荡能量，以线性衰减振荡器的输出幅度。根据衰减量的变化，可以计算距离被检测对象的距离、振动等参数。这种位移传感器属于非接触测量，工作时不受灰尘等非金属因素的影响。它使用寿命长，可在各种恶劣条件下使用。涡流接近开关，也称为非接触式行程开关。常用的接近开关包括涡流式(通常称为感应式接近开关)、电容式、磁性干式弹簧开关、霍尔式、光电式、微波式、超声波式等。它能探测到在一定距离(几毫米到几十毫米)内是否有物体靠近。当物体接近设定距离时，它会发出一个“动作”信号。接近开关的核心部分是“传感头”，它对接近的物体有很强的传感能力。涡流接近开关属于具有开关值输出的位置传感器。示意图如图4-36所示。它由一个液晶高频振荡器和一个放大器组成该接近开关能够检测到的物体必须是导电性良好