第02章传感器感测技术

1、本章内容：本章内容：1.电感式传感器的基本概念、分类；电感式传感器的基本概念、分类；2.各类电感式传感器的工作原理及特性；各类电感式传感器的工作原理及特性；3.相应的测量电路；相应的测量电路；4.应用。应用。要求：要求：1.掌握电感式传感器的特点、分类；掌握电感式传感器的特点、分类；2.掌握各类电感式传感器的基本工作原理；掌握各类电感式传感器的基本工作原理；3.了解各类电感式传感器的应用。了解各类电感式传感器的应用。第二章第二章 电感式传感器电感式传感器2.1电感式传感器电感式传感器一、归属于一、归属于R、L、C传感技术一类。传感技术一类。二、定义二、定义 将被测量转换成电感或互感变化的传感器

2、。将被测量转换成电感或互感变化的传感器。 （是一种（是一种结构型传感器结构型传感器。）。）三、特点三、特点 结构简单可靠；灵敏度高；输出功率大结构简单可靠；灵敏度高；输出功率大（1vA5vA）；工作可靠；可在工业频率下稳定工）；工作可靠；可在工业频率下稳定工作。但灵敏度、线性度和测量范围相互制约。作。但灵敏度、线性度和测量范围相互制约。四、应用范围四、应用范围 测量力、力矩、压力、位移、速度、振动等参数。测量力、力矩、压力、位移、速度、振动等参数。 即可用于动态测量，又可用于静态测量，但不适即可用于动态测量，又可用于静态测量，但不适于快速动态测量。于快速动态测量。五、分类五、分类 按其转换方式

3、不同划分：按其转换方式不同划分： 1、自感型电感式传感器；、自感型电感式传感器； 2、互感型电感式传感器。、互感型电感式传感器。2.2自感型电感式传感器自感型电感式传感器按工作原理不同可划分为两类：按工作原理不同可划分为两类： 1、可变磁阻式传感器；、可变磁阻式传感器； 2、涡流式传感器。、涡流式传感器。一、可变磁阻式传感器一、可变磁阻式传感器1、结构、结构 由线圈、铁芯和衔铁等组成。由线圈、铁芯和衔铁等组成。 为铁芯和衔铁之为铁芯和衔铁之间的空气隙。间的空气隙。 衔铁与被测物连接。衔铁与被测物连接。铁芯铁芯L线圈线圈W衔铁衔铁d d2、工作原理、工作原理 被测物移动，带动被测物移动，带动衔铁

4、，铁芯与衔铁间衔铁，铁芯与衔铁间空气隙空气隙变化，变化，磁阻磁阻变变化，线圈电感值发生变化。化，线圈电感值发生变化。位移变化位移变化电感值变化电感值变化铁芯铁芯L线圈线圈W衔铁衔铁d d3、转换原理、转换原理 线圈通过电流线圈通过电流I ，产生磁通，产生磁通 。关系式：。关系式：IWLf=式中，式中， W线圈匝数；线圈匝数； L自感。自感。 根据磁路欧姆定理有：根据磁路欧姆定理有：mRF=fmIW=Fm2RWLm=其中，其中，Fm 磁动势；磁动势； Rm 磁路总磁阻。磁路总磁阻。推导有：推导有： 若空气隙较小，不考虑磁路的铁损和铁心磁阻，若空气隙较小，不考虑磁路的铁损和铁心磁阻，总磁阻为：总磁

5、阻为： 式中：式中： 气隙长度，气隙长度，m； 0空气磁导率，空气磁导率，0=410-7 ，H/m； A0空气隙导磁截面积，。空气隙导磁截面积，。2RWLm=自感表达式：自感表达式：002ARmmd 自感自感L 与气隙与气隙d 的大小成反比，与空气隙导磁截的大小成反比，与空气隙导磁截面积面积 A0 成正比。成正比。 改变其中任一量都可导致电感的变化。改变其中任一量都可导致电感的变化。2RWLm=002ARmmd由：由：推出：推出：dm2002AWL=4、分类、分类 根据改变量的不同划分为根据改变量的不同划分为: 变气隙厚度变气隙厚度d 传感器传感器变气隙面积变气隙面积A0传感器传感器 1）变气

6、隙厚度）变气隙厚度d 传感器传感器 a、L- d 特性特性 A0固定不变，固定不变，d 改变，与改变，与d 成非线性关系。成非线性关系。020002dmWAL =Ldo b、原理、原理 如用稳定的交流电压作为传感器线圈的励磁电如用稳定的交流电压作为传感器线圈的励磁电源，当物体带动衔铁与铁芯发生相对位移变化时，源，当物体带动衔铁与铁芯发生相对位移变化时，线圈的电感量就发生相应变化，流过线圈的电流线圈的电感量就发生相应变化，流过线圈的电流I和和气隙气隙d 有如下关系：有如下关系： 0m2Ud I=wA2W U为交流电压，为交流电压，w为交流电源角频率。为交流电源角频率。 在实际测量中，测得电流在实

7、际测量中，测得电流I，即可知道位移量的，即可知道位移量的大小。大小。 c、变气隙厚度、变气隙厚度d 传感器的灵敏度传感器的灵敏度S d=dd=LS02002dmWA-2 灵敏度灵敏度S与气隙厚度的平方成反比。与气隙厚度的平方成反比。 d 愈小，灵愈小，灵敏度越高。敏度越高。 有非线性误差，规定在较小的间隙范围内工作。有非线性误差，规定在较小的间隙范围内工作。若若/0 e2 ， e0 0 ； 衔铁下移，衔铁下移， e1 e2 ， e0 0 。xW2WW1 2、工作原理、工作原理 3、注意事项、注意事项 1）差动变压器式传感器的输出是交流量的电压，）差动变压器式传感器的输出是交流量的电压，不反映移

8、动方向；不反映移动方向； 2）交流电压输出存在一定的零点残余电压。即）交流电压输出存在一定的零点残余电压。即衔铁处于中间时，输出不为零。衔铁处于中间时，输出不为零。四、测量电路四、测量电路 1）差动整流电路）差动整流电路 对两次级的输出整流，将其差值作为输出。对两次级的输出整流，将其差值作为输出。 2）相敏检波电路）相敏检波电路 书书P77 根据输出电压的大小确定根据输出电压的大小确定x大小，根据输出大小，根据输出电压的极性确定电压的极性确定x的方向。的方向。五、差动变压器式传感器的应用五、差动变压器式传感器的应用 常用于测量位移、压力、压差、液位等参数。常用于测量位移、压力、压差、液位等参数。 线性测量范围为线性测量范围为2mm 200mm间，测间，测量精度为量精度为0.2%0.3%。 如差动变压器式加速度传感器。如差动变压器式加速度传感器。悬臂梁悬臂梁差动变压器差动变压器衔铁衔铁xBA差动变压器式加速度传感器。差动变压器式加速度传感器。 衔铁振动时，差动变压器的输出电压也按相同衔铁振动时，差动变压器的输出电压也按相同规律变化。规律变化。结构型传感器结构型传感器： 利用物理学中场的定律构成的，包括力场的运动利用物理学中场的定律构成的，包括力场的运动定律、电磁场的电磁定律等，特点是传感器的性能与定律、电磁场的电磁