单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电磁感应,被测非电量,自感系数,L,互感系数,M,测量电路,U,、,I,、,f,第,4,章 电感式传感器,电感式传感器的定义,一种利用线圈自感和互感的变化实现非电量测量的装置。,电感式传感器的感测量,位移、振动、压力、应变、流量、比重等。,电感式传感器的种类,依据转换原理：自感式変磁阻式、互感式差动变压器式、电涡流式三种；,依据构造形式：气隙型、面积型和螺管型。,第,4,章 电感式传感器,电感式传感器的优点,构造简洁、牢靠,区分率高,机械位移0.1m，甚至更小；角位移0.1角秒。,输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm。,重复性好，线性度优良,在几十m到数百mm的位移范围内，输出特性的线性度较好，且比较稳定。,能实现远距离传输、记录、显示和掌握,电感式传感器的缺乏,不宜高频动态测量。,第,4,章 电感式传感器,4.1,变磁阻式电感传感器,4.2,差动变压器式电感传感器,4.3,电涡流式传感器,4.4,电感式传感器的应用,一、变磁阻式传感器工作原理,二、变磁阻式传感器根本类型,三、变截面式自感传感器输出特性,四、变间隙式自感传感器输出特性,五、差动式自感传感器,六、自感式传感器的等效电路,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,变磁阻式传感器即自感式电感传感器：利用线圈自感量的变化来实现测量的。,传感器构造：线圈、铁芯和衔铁三局部组成。,一、变磁阻式传感器工作原理,4.1,变磁阻式电感传感器,线圈中电感量：,线圈,铁芯,衔铁,工作原理：铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为，传感器的运动局部与衔铁相连。当被测量变化时，使衔铁产生位移，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感量变化。,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。,总磁阻,线圈匝数,一、变磁阻式传感器工作原理,4.1,变磁阻式电感传感器,磁导率,H/m,线圈,铁芯,衔铁,一、变磁阻式传感器工作原理,二、变磁阻式传感器根本类型,三、变截面式自感传感器输出特性,四、变间隙式自感传感器输出特性,五、差动式自感传感器,六、自感式传感器的等效电路,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,变磁阻式传感器即自感式电感传感器的根本类型：,二、变磁阻式传感器根本类型,4.1,变磁阻式电感传感器,线圈,铁芯,衔铁,1变气隙厚度式,2变气隙面积式,变截面式和螺管式,变气隙厚度式,螺管式,线圈,铁芯,衔铁,衔铁移动方向,变气隙截面式,一、变磁阻式传感器工作原理,二、变磁阻式传感器根本类型,三、变截面式自感传感器输出特性,四、变间隙式自感传感器输出特性,五、差动式自感传感器,六、自感式传感器的等效电路,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,三、变截面式自感传感器输出特性,4.1,变磁阻式电感传感器,线圈,铁芯,衔铁,衔铁移动方向,因此，输出电感的变化与截面面积的变化成线性关系。,三、变截面式自感传感器输出特性,4.1,变磁阻式电感传感器,线圈,铁芯,衔铁,衔铁移动方向,输出电感灵敏度与初始截面面积的成反比关系。,因此既可确定衔铁位移量的大小又可确定方向。,输出电感灵敏度,三、变截面式自感传感器的输出特性,4.1,变磁阻式电感传感器,一、变磁阻式传感器工作原理,二、变磁阻式传感器根本类型,三、变截面式自感传感器输出特性,四、变间隙式自感传感器输出特性,五、差动式自感传感器,六、自感式传感器的等效电路,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,四、变间隙式自感传感器输出特性,4.1,变磁阻式电感传感器,线圈,铁芯,衔铁,四、变间隙式自感传感器输出特性,4.1,变磁阻式电感传感器,线圈,铁芯,衔铁,四、变间隙式自感传感器输出特性,4.1,变磁阻式电感传感器,线圈,铁芯,衔铁,因此既可确定衔铁位移量的大小又可确定方向。,无视高次项线性处理,四、变间隙式自感传感器输出特性,4.1,变磁阻式电感传感器,线圈,铁芯,衔铁,电感灵敏度,为了减小非线性误差，实际测量中广泛承受差动变隙式电感传感器。,一、变磁阻式传感器工作原理,二、变磁阻式传感器根本类型,三、变截面式自感传感器输出特性,四、变间隙式自感传感器输出特性,五、差动式自感传感器,六、自感式传感器的等效电路,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,五、差动式自感传感器,4.1,变磁阻式电感传感器,在实际使用中，常承受两个一样的传感线圈共用一个衔铁，构成差动式自感传感器。,差动构造的特点：,1改善线性、提高灵敏度外；,2补偿温度变化、电源频率变化等的影响，从而削减了外界影响造成的误差。,差动变间隙式传感器,1-,线圈,2-,铁芯,3-,衔铁,4-,导杆,1,2,3,4,4,4,3,2,1,3,1,4,差动螺管式,差动变截面式,三种根本类型：,一、变磁阻式传感器工作原理,二、变磁阻式传感器根本类型,三、变截面式自感传感器输出特性,四、变间隙式自感传感器输出特性,五、差动式自感传感器,六、自感式传感器的等效电路,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,六、自感式传感器的等效电路,4.1,变磁阻式电感传感器,等效线圈阻抗为,电感式传感器的线圈并非是纯电感，该电感由有功重量和无功重量两局部组成。,有功重量包括：线圈线绕电阻和涡流损耗电阻及磁滞损耗电阻，这些都可折合成为有功电阻，其总电阻可用R来表示；,无功重量包含：线圈的自感L,绕线间分布电容，为简便起见可视为集中参数，用C来表示。,电感式传感器的等效电路,一、变磁阻式传感器工作原理,二、变磁阻式传感器根本类型,三、变截面式自感传感器输出特性,四、变间隙式自感传感器输出特性,五、差动式自感传感器,六、自感式传感器的等效电路,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,电感式传感器的测量电路：,沟通电桥、变压器式沟通电桥以及谐振式等。,1、沟通电桥式测量电路,电桥输出电压为,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,线性处理后电桥输出电压为,1、沟通电桥式测量电路,变间隙差动式电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。,差动式的线性度明显改善。,设：,曲线,1,、,2,为两线圈各自电感特性；,曲线,3,为两线圈差接时的电感特性；,曲线,4,为差接后电桥输出电压与衔铁位移的特性曲线。,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,1、沟通电桥式测量电路,U,0,L/,mH,/mm,L,0,4,3,2,1,1,2,3,4,-,变压器式沟通电桥测量电路，电桥两桥臂分别为传感器两线圈的阻抗，另外两桥臂分别为电源变压器的两次级线圈，其阻抗为次级线圈总阻抗的一半。,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,2、变压器式沟通电桥,Z,1,Z,2,I,A,B,C,D,当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压为,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,2、变压器式沟通电桥,当衔铁上下移动一样距离时，电桥输出电压大小相等而相位相反。,Z,1,Z,2,I,A,B,C,D,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,2、变压器式沟通电桥,两类谐振式测量电路：,谐振式调幅电路；谐振式调频电路,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,3,、谐振式测量电路,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,3,、谐振式测量电路,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,4、零点剩余电压,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,4、零点剩余电压,1零点剩余电压产生缘由,零点剩余电压主要由基波重量和高次谐波重量组成。,两电感线圈的电气参数及导磁体几何尺寸不完全对称，在两电感线圈上的电压幅值和相位不同，从而形成零点剩余电压的基波重量。,传感器导磁材料磁化曲线的非线性如铁磁饱和、磁滞损耗，使鼓励电流与磁通波形不全都，从而形成零点剩余电压的高次谐波重量。,2零点剩余电压的影响,传感器输出特性在零点四周不灵敏，限制了区分率的提高。,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,4、零点剩余电压,在电路上进展补偿。,这是一种既简洁又行之有效的方法。,2零点剩余电压的影响,零点剩余电压太大，使线性度变坏，灵敏度下降，甚至会使放大器饱和，堵塞有用信号通过，致使仪器不再反映被测量的变化。,3减小零点剩余电压的措施,在设计和工艺上，力求做到磁路对称，铁芯材料均匀；要经过热处理以除去机械应力和改善磁性；两线圈绕制要均匀，力求几何尺寸与电气特性保持全都。,一、变磁阻式传感器工作原理,二、变磁阻式传感器根本类型,三、变截面式自感传感器输出特性,四、变间隙式自感传感器输出特性,五、差动式自感传感器,六、自感式传感器的等效电路,七、自感式传感器的测量电路,4.1,变磁阻式电感传感器,