《传感器与检测技术》课件-4.1电感传感器

《传感器与检测技术》电感传感器Co

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01自感式传感器02差动变压式传感器03电涡流式传感器04差动变压器零点残余电压补偿实验01SENSORSANDAUTOMATICDETECTIONTECHNOLOGY自感式传感器一、自感式传感器(1)结构与原理

自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁3部分组成。在铁芯和衔铁之间有气隙。当衔铁移动时，气隙厚度发生改变，导致电感线圈的电感值变化，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。1.线圈；2.铁芯（定铁芯）；3.衔铁（动铁芯）一、自感式传感器

(a)（b）（c）a.变气隙型b.变面积型c.螺管型1.线圈；2.铁芯；3.衔铁；4.导杆在实际使用中，常采用两个相同的传感器线圈共用一个衔铁，构成差动式电感传感器。差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等影响也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。一、自感式传感器(2)测量电路1.交流电桥式测量电路把传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂和，另外两个相邻的桥臂用纯电阻代替，如图所示。交流电桥式测量电路一、自感式传感器2.变压器式交流电桥电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/2阻抗。当传感器的衔铁处于中间位置，即Z1=Z2=Z时，有U0=0，电桥平衡。交流变压器式测量电路一、自感式传感器(3)应用1.变气隙式电感式压力传感器它由膜盒、铁芯、衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一起。当压力传入膜盒时，膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移。于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表指示值就反映了被测压力的大小。1.衔铁；2.铁芯；3.线圈；4.膜盒一、自感式传感器2.变气隙式差动电感压力传感器它主要由C形弹簧管、衔铁、铁芯和线圈等组成。当被测压力进入C形弹簧管时，C形弹簧管产生变形，其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化，即一个电感量增大，另一个电感量减小。变气隙式差动电感压力传感器02SENSORSANDAUTOMATICDETECTIONTECHNOLOGY差动变压式传感器二、差动变压式传感器(1)结构与原理

差动变压器是把被测的非电量变化转换成绕组互感量的变化。差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1～100mm机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。1.铁芯；2.导磁外壳；3.骨架；5.初级绕组；4、6.次级绕组二、差动变压式传感器差动变压器式传感器的等效电路

差动变压器传感器中的两个次级绕组反相串联，当初级绕组加以激励电压时，在两个次级绕组中便会产生感应电势。当活动衔铁处于初始平衡位置时，必然会使两互感系数，将有，因而有，即差动变压器输出电压为零。二、差动变压式传感器1.实际特性曲线；2.理论特性曲线

当活动衔铁向上移动时，由于磁阻的影响，W2a中磁通将大于W2b，使，因而e2a增加，而e2b减小。反之，e2b增加，e2a减小。因为，所以当e2a和e2b随着衔铁位移x变化时，U0也必将随x而变化。二、差动变压式传感器(2)测量电路1.差动整流电路差动整流电路还可以接成全波电压输出和全波电流输出的形式。根据差动输出电压的大小和方向就可以判断出被测量（如位移）的大小和方向，不需要考虑相位调整和零点残余电压的影响。a.全波电流输出b.全波电压输出c.半波电流输出d.半波电压输出二、差动变压式传感器相敏检波电路2.相敏检波电路相敏检波电路要求比较电压与差动变压器二次输出电压频率相同，相位相同或相反。为了保证这一点，通常在电路中接入移相电路。二、差动变压式传感器(3)应用差动变压器式传感器可以直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。差动变压器式加速度传感器由悬臂梁和差动变压器构成，它的位移与被测加速度成正比，使加速度测量转变为位移的测量。1.差动变压器；2.悬臂梁03SENSORSANDAUTOMATICDETECTIONTECHNOLOGY电涡流式传感器三、电涡流式传感器

块状金属导体置于变化磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，金属导体内将会产生旋涡状的感应电流，该现象称为电涡流效应。函数关系式为：Z=F(ρ,μ,r,f,x)如果保持上式中其他参数不变，而只使其中一个参数发生变化，则传感器线圈的阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数，即可实现对该参数的测量。(1)结构与原理1.金属导体；2.线圈三、电涡流式传感器1.调频式电路传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与被测导体距离x改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率的变化。(2)测量电路调频式测量电路示意图三、电涡流式传感器2.调幅式电路当金属导体远离或去掉时，LC并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率f0，回路呈现的阻抗最大，谐振回路上的输出电压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐，从而使输出电压降低，L的数值随距离x的变化而变化。调幅式测量电路示意图三、电涡流式传感器1.低频透射式电涡流厚度传感器如果将被测金属板放入两线圈之间，则L1线圈产生的磁场将导致在金属板中产生电涡流，并将贯穿金属板，金属板越厚，涡流损失就越大，电压U2就越小。因此，可根据U2电压的大小得知被测金属板的厚度。(3)应用透射式涡流厚度传感器原理图三、电涡流式传感器2.电涡流式转速传感器随着输入轴的旋转，从振荡器输出的信号中包含有与转速成正比的脉冲频率信号。该信号由检波器检出电压幅值的变化量，然后经整形电路输出频率为fn的脉冲信号。该信号经电路处理便可得到被测转速。3.高频反射式电涡流厚度传感器为了克服带材不够平整或运行过程中上、下波动的影响，在带材的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器S1和S2。两传感器的输出电压之和为2Uo，数值不变。三、电涡流式传感器4.高频反射式电涡流位移传感器电涡流位移计是根据高频反射式涡流传感器的基本原理制作的。电涡流位移计可以用来测量各种形状试件的位移量。04SENSORSANDAUTOMATICDETECTIONTECHNOLOGY差动变压器零点残余电压补偿实验四、差动变压器零点残余电压补偿实验

由于差动变压器两只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列不均匀性，次级线圈的不均匀，不一致性，铁芯的B-H特性非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出并不为零，称其为零点残余电压。(1)实验原理四、差动变压器零点残余电压补偿实验(1)安装好差动变压器，利用示波器观测并调整信号源“Us100”输出为4KHz，2V峰－峰值；按图接线。(2)实验模块R1、C1、RW1、RW2为电桥单元中的调平衡网络。(3)用示波器监测放大器输出；(4)调整测微头，使放大器输出信号最小。(5)依次调整RW1、RW2，使示波器显示的电压输出波形幅值降至最小。(6)此时示波器显示即为零点残余电压的波形。(2)实验步骤四、差动变压器零点残余电压补偿实验(7)记下差动变压器的零点残余电压值峰－峰值（Vp-p）。（注：这时的零点残余电压经放大后的零点残余电压