传感器原理与应用第五章重点

1、章卩电感式彳电感式传感器是利用线圈口感或互感的变化來实现测疑的一种装置， 以用來测疑位移.振动、压力、流屋、垂量.力矩.应变等多种物理 电感式传感器的优点是结构简单可靠、输出功率大.测量力小、抗干 能力强.对工作环境要求不高、分辨力较高，分辨率岛，能测MO.lpr 以卜的机械位移，能感受O.lred/s的转角位移变化、稳定性好.示值谆 差一般为01%05%,其缺点是频率响应低，不宜用于快速.动态测脊般来说，电感式传感器的分辨能力和示值误差与示值范圉有关，示 范围大时，分辨能力和示值秸度将会相应降低。电感式传感器的种类很多，根据转换原理不同，叮分为自感式和互感 （又称差动变压器式）两种；根据结构

2、形式不同，可分为气隙型和螺 型两种。主要包括线圈.铁芯和衔铁三部分。5.1自感式传感器5.1.1气隙型电感传感器图5-2气陳型虔图5T气卿电感诗感器原理图2.气隙式电感传感器的输出特性5-4差动糜隙式电感传愿5.1.2螺管型电感式传感器螺管型电感传感器分为单线圈和差动式两申图5-5蝮管型电感式传惑器结构團门2.电感等效电路电感传感器实质匕是反应了铁芯线圈的自感随衔铁位移变 化的悄况，但实际的应用中，电感传感器线圈显然不是一 个理想的纯电感，在应用电路中还包括线圈的电阻RC、铁 芯的涡流效应损耗电阻Re、磁阻损耗电阻Rh,可以忽略) 和线圈的寄生电容C等，传感器的等效电路如图5所示。结论： 等效

3、电感L_p=L/(l-u)A2 LC) o Ll対为扌 敏度提高 T(l/(l-u)A2 LC)1)： 在实际测量中，若改变电缆引线的I 容C (主要是电缆的电容)的大小，则 化Lp。即灵敏度将发生变化。需要重亲團5-9电感传惑器等效电路(1)交流电桥(2)交潦变压器3 测量电路5.2差动变压器式传感器5.2.1工作原理差动变压器的上下两个铁芯均有个 磁线圈）和个次级线圈（又称为输 两铁芯的中间，I下两个初级线圈出 作为差动变压器激励用，相当于变压 由结构尺寸和参数相同的两个线圈反 变压器的副边。铁芯的作用是提供闭 械保护：活动衔铁和铁芯用同种材料 率大、导磁率高.饱和磁感应强度大 锲合金.铁

4、氧体等。铁氧体适用于高 寸精度受到限制，所以高精度差动变 镇合金。铁芯和衔铁要经过适当热处 进其磁性能。5.2.2特性分析1.灵敏度（K）（1）灵敏肢K与一次电圧E_丄的人小有关，|E_1|増人，贝IJK提高，但E_丄不能: 差动变斥器发热：（2）灵墩度K亏二次绕组匝数有关，N2增加，则K提髙；50/Z%KHZ（3）灵敏度K与一次电压的角频率3（3=2nf）有关，如图5-15所示。总结：（1）选择较高的励磁频率；（2）增大铁芯直径，使其接近于线圈内径, 圈架，铁芯采用导磁率高、铁损小.涡流损（3）在不使初级线圈过热的条件下尽量提点聲差动变压器的灵敏度与-次电乐频率之间的关系2.线性范围3.误差

5、分析差动变压器误差*源主要（1）-次电压E_1 （激 的影响（2）温度（环境温度）！（3）零点残余电压（E2（理想差动变压器次级输出电压与活动衔铁位移成线性关系。 实际上，由于铁芯的直径.长度、材质的不同和线圈骨架 的形状.大小的不同等都会对变压器的线性关系有直接的 影响，所以，般差动变压器的线性范围约为线圈骨架长 度的 1/101/4 o通常所说的差动变压器的线性度不仅是指衔铁位移与输出 电压的关系，还要求输出电压的相位角为一定值，另外， 线性度好坏与励磁频率.负载电阻等都有关系。最佳线性 度的励磁频率会随着铁芯的长度不同而变化。如果利用差动整流电路对差动变压器的交流输出电压进行 整流，能使输出电压线性度得到改善，也町以依靠测量电 路來改善差动变压器的线性度和扩展线性范围。残余电压产生的原因如下：（1）堆波分鹹因索（2）高次谐波分量因素消除零点残余电压一般可以采用如卜方法：（1）工艺制作上保证对称性（结构上的对称）。为了保证 线圈和磁路的对称性，要提高加工精度，线圈选配成对， 采用磁路对调节结构：应选高导磁率、低矫顽磁力、低剩 磁感应的导磁材料，并经过热处理，消除参与应力，一提 高磁性能的均匀性和稳定性；（2）选择合适的测量电路。如采用整流电路，相敏检波电 路等，不仅可以鉴别衔铁移动方向，而且町以将衔铁在中 间置位时，因高次谐波引起的零点残余电压消除掉。（