所有分类自感传感器实用教案

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1、主要内容主要内容3.1 自感式传感器自感式传感器3.2 差动变压器差动变压器3.3 电容电容(dinrng)传感器传感器3.4 电涡流式传感器电涡流式传感器第三章 变阻抗式传感器原理(yunl)与应用第1页/共34页第一页，共34页。第三章第三章 变阻抗变阻抗(zkng)式传感器原式传感器原理与应用理与应用变阻抗式传感器是利用被测量改变磁路的磁阻，导变阻抗式传感器是利用被测量改变磁路的磁阻，导致线圈致线圈(xinqun)电感量的变化，或利用被测量改电感量的变化，或利用被测量改变传感器的电容量，或者利用被测量改变线圈变传感器的电容量，或者利用被测量改变线圈(xinqun)的等效阻抗等，实现对非电

2、量的检测。的等效阻抗等，实现对非电量的检测。种类：种类：电感式传感器电感式传感器电容传感器电容传感器电涡流式传感器电涡流式传感器第2页/共34页第二页，共34页。第第3章章 变阻抗变阻抗(zkng)式传感器原式传感器原理与应用理与应用电感式传感器的分类：电感式传感器的分类：1.按原理按原理(yunl)分分（1）自感应原理）自感应原理(yunl)的自感式电感传感器的自感式电感传感器（2）互感应原理）互感应原理(yunl)的互感式电感传感器（差动的互感式电感传感器（差动变压器）变压器）2. 按结构分按结构分（1）变气隙式电感传感器）变气隙式电感传感器（2）变面积式电感传感器）变面积式电感传感器（3

3、）螺管式电感传感器）螺管式电感传感器第3页/共34页第三页，共34页。3.1 自感自感(z n)式传感器式传感器 工作原理工作原理 变气隙式自感变气隙式自感(z n)传感器传感器 变面积式自感变面积式自感(z n)传感器传感器 螺线管式自感螺线管式自感(z n)传感器传感器 自感自感(z n)式传感器测量电路式传感器测量电路 自感自感(z n)式传感器应用举例式传感器应用举例第4页/共34页第四页，共34页。工作工作(gngzu)原理原理自感式传感器是把被测量变化转换成自感L的变化，通过一定的转换电路(dinl)转换成电压或电流输出。分为变气隙式、变面积式和螺线管式自感传感器。特点：结构(ji

4、gu)简单、工作可靠、测量力小传感器的输出信号强，有利于信号的传输和放大。重复性能好、线性度宽且较稳定。不宜于高频动态信号的测量。 3.1 自感式传感器第5页/共34页第五页，共34页。 实验：实验：将一只将一只220V交流交流(jioli)接触器线圈与交接触器线圈与交流流(jioli)毫安表串联后，接到变压器的毫安表串联后，接到变压器的36V交流交流(jioli)电压源上，开始毫安表的电压源上，开始毫安表的示值约为几十毫安。示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减

5、小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。安表的读数只剩下十几毫安。工作(gngzu)原理3.1 自感(z n)式传感器第6页/共34页第六页，共34页。 气隙变小，电感气隙变小，电感(din n)变大，电流变大，电流变小变小F工作(gngzu)原理3.1 自感(z n)式传感器第7页/共34页第七页，共34页。工作工作(gngzu)原理原理自感(z n)式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料制成。3.1 自感(z n)式传感器磁通：线圈绕在由铁磁材料制成的铁心上，线圈通以电流，便产生磁通。励磁线圈励磁电流磁路

6、：电流产生的磁通集中在磁导率高的铁磁材料空间内，集中的磁通所经过的路径称为磁路。磁阻：表示磁介质对磁通的阻碍作用的大小。第8页/共34页第八页，共34页。工作工作(gngzu)原理原理在铁芯和衔铁之间有空气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定(qudng)衔铁位移量的大小和方向。 3.1 自感(z n)式传感器第9页/共34页第九页，共34页。工作工作(gngzu)原理原理衔铁(xinti)移动 气隙改变(gibin)磁阻变化电感值变化3.1 自感式传感器第10页/共34页第十

7、页，共34页。由磁路欧姆定律可知，由磁路欧姆定律可知，线圈线圈(xinqun)自感量计自感量计算：算：mRNL2线圈自感线圈匝数磁路总磁阻工作(gngzu)原理气隙很小，（一般0.1-1mm）可以(ky)认为气隙中的磁场是均匀的。 若忽略磁路磁损， 则磁路总磁阻为 121122002mLLRAAA各段导磁体的长度各段导磁体的导磁率气隙厚度真空导磁率3.1 自感式传感器第11页/共34页第十一页，共34页。工作工作(gngzu)原理原理通常(tngchng)气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即 222001110022ALAALA121122002mLLRAAA002ARm20022ANRNLm

8、0=410-7Hm； ：空气(kngq)隙总长。3.1 自感式传感器第12页/共34页第十二页，共34页。工作工作(gngzu)原理原理20022ANRNLm上式表明：当线圈匝数N为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数，改变(gibin)或A0均可导致电感变化。变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度的传感器和变气隙面积A0的传感器。 线圈(xinqun)电感量： 3.1 自感式传感器第13页/共34页第十三页，共34页。工作(gngzu)原理3.1 自感(z n)式传感器第14页/共34页第十四页，共34页。变气隙式自感变气隙式自感(z n)传感器传感器忽略磁路磁损时，线圈(xinqun)自感量

9、可写为20022ANRNLmL与之间是非线性关系， 特性(txng)曲线如图所示。3.1 自感式传感器第15页/共34页第十五页，共34页。变气隙式自感变气隙式自感(z n)传感器传感器当衔铁(xinti)处于初始位置时，初始电感量为 020002NAL 当衔铁(xinti)上移时，00000201)(2LANLLL0LLL0则此时输出电感为1/0 200001LLLL 200001LL同理，当衔铁随被测物体的初始位置向下移动时，有 30200001LL 30200001LL3.1 自感式传感器第16页/共34页第十六页，共34页。变气隙式自感变气隙式自感(z n)传感器传感器忽略(hl)高次

10、项后，可得 00LL 30200001LL 200001LL近似(jn s)线性灵敏度为 0001LLK线性度（非线性误差）%100%1000020L气隙式电感传感器的灵敏度与线性度存在矛盾！3.1 自感式传感器变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。 第17页/共34页第十七页，共34页。变气隙式自感变气隙式自感(z n)传感器传感器差动变隙式电感(din n)传感器sUL1L2RoRooU122131铁 芯 ；2线 圈 ；3衔 铁为了减小非线性误差，实际测量(cling)中采用差动变隙式电感传感器。 差动变隙式电感传感器是由两个完全相同的电感线圈合用一个衔铁和相应的磁路组成。测量时，衔

11、铁与被测件相连，当被测件上下移动时，带动衔铁也以相同的位移上下移动，使两个磁回路中的磁阻发生大小相等、方向相反的变化。3.1 自感式传感器第18页/共34页第十八页，共34页。变气隙式自感变气隙式自感(z n)传感器传感器衔铁上移：两个线圈的电感变化(binhu)量L1、L2， 差动传感器电感的总变化(binhu)量L=L1+L2, 具体表达式为 4020002112LLLL对上式进行(jnxng)线性处理, 即忽略高次项得 002LLsUL1L2RoRooU122131铁 芯 ；2线 圈 ；3衔 铁3.1 自感式传感器第19页/共34页第十九页，共34页。变气隙式自感变气隙式自感(z n)传

12、感器传感器灵敏度K0为 0002LLK比较单线圈式和差动式： 差动式变间隙(jin x)电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。 差动式的非线性项(忽略高次项)：单线圈的非线性项（忽略高次项)：由于/01，因此，差动式的线性度得到明显改善。 3002/ LL200/LL3.1 自感(z n)式传感器第20页/共34页第二十页，共34页。变面积变面积(min j)式自感传感器式自感传感器传感器气隙厚度保持(boch)不变，令磁通截面积随被测非电量而变。设铁芯材料和衔铁材料的磁导率相同，则此变面积自感传感器自感L为： sKslNslslNLr02002：气隙总长度l总长度：铁芯和衔铁中的磁路l磁导率：

13、铁芯和衔铁材料相对r：气隙磁通截面积S面积：铁芯和衔铁中磁通截 S3.1 自感(z n)式传感器第21页/共34页第二十一页，共34页。变面积变面积(min j)式自感传感器式自感传感器灵敏度KdsdLk0变面积式自感传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下，输入与输出呈线性关系；因此可望得到(d do)较大的线性范围。3.1 自感(z n)式传感器sKslNslslNLr02002第22页/共34页第二十二页，共34页。螺线管式自感螺线管式自感(z n)传感器传感器单线圈螺线管式自感(z n)传感器是由多层绕制的细长线圈、铁磁性壳体和可沿线圈轴向移动的活动衔铁组成。线圈中放入圆柱形衔铁，当衔铁上

14、下移动时，自感(z n)量将相应变化，构成螺线管型自感(z n)传感器。螺线管式自感(z n)传感器有单线圈和差动式两种结构形式。3.1 自感式传感器第23页/共34页第二十三页，共34页。螺线管式自感螺线管式自感(z n)传感器传感器1 - 螺 线 管 线 圈(xinqun)；2 - 螺 线 管 线 圈(xinqun)；3-骨架；4-活动铁芯 差动螺线管式电感(din n)传感器结构原理图llrrlNrLLLccr22022010011L10，L20分别为线圈、的初始电感值；铁芯初始状态处于对称位置3.1 自感式传感器第24页/共34页第二十四页，共34页。螺线管式自感螺线管式自感(z n)

15、传感器传感器当铁芯移动（如右移(yu y)）后，使右边电感值增加，左边电感值减小 lxlrrlWrLccr2202111lxlrrlWrLccr2202211根据以上(yshng)两式，可以求得每只线圈的灵敏度为222021211lrWdxdLdxdLkkcr两只线圈的灵敏度大小相等，符号相反，具有差动特征。 222020100llrWLLLccr222021lrWkkcr化简得：3.1 自感式传感器1r第25页/共34页第二十五页，共34页。自感传感器测量自感传感器测量(cling)电路电路自感式传感器：把被测量的变化(binhu)转变为电感量的变化(binhu)。为了测出电感(din n)

16、量的变化，要用转换电路把电感(din n)量的变化转换成电压（或电流）的变化。1、变压器电桥2、谐振式调幅电路3. 调频电路3.1 自感式传感器第26页/共34页第二十六页，共34页。自感传感器测量自感传感器测量(cling)电路电路uscz2z1E/2E/2变压器电桥(din qio)平衡臂为变压器的两个副边；Z1、Z2：差动电感传感器；当负载(fzi)阻抗为无穷大时，流入工作臂的电流为 21ZZEI212112122ZZZZEEZZZEUSC1、变压器电桥3.1 自感式传感器第27页/共34页第二十七页，共34页。自感传感器测量自感传感器测量(cling)电路电路Z1Z2USCE/2E/2

17、E变压器电桥原理图I初始(ch sh)Z1=Z2=Z=RS+jL故平衡时，USC=0。双臂工作时，衔铁偏离中间零点，设Z1=ZZ，Z2=Z+Z，相当于差动式自感传感器的衔铁向一侧移动，则ZZEUSC2-同理反方向(fngxing)移动时ZZEUSC23.1 自感式传感器第28页/共34页第二十八页，共34页。2、谐振式调幅(dio f)电路电路的灵敏度很高，但是线性差，适用于线性要求(yoqi)不高的场合。图 谐振(xizhn)式调幅电路01TTj LUUj Lj LjC谐振点的自感值自感传感器测量电路3.1 自感式传感器第29页/共34页第二十九页，共34页。传感器自感(z n)变化将引起输

18、出电压频率的变化。 震荡电路CLf图 调频(dio pn)电路3/2()/4(/2) (/ )fLCCLfL L Lf0LCf2/13. 调频(dio pn)电路自感传感器测量电路3.1 自感式传感器第30页/共34页第三十页，共34页。自感自感(z n)传感器应用传感器应用当压力进入膜盒时，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(xingyng)的变化，电流表A的指示值就反映了被测压力的大小。 3.1 自感(z n)式传感器第31页/共34页第三十一页，共34页。当被测压力进入C形弹簧管时， C形弹簧管产生

19、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。电感的这种变化通过(tnggu)电桥电路转换成电压输出。由于输出电压与被测压力之间成比例关系， 所以只要用检测仪表测量出输出电压， 即可得知被测压力的大小。 3.1 自感(z n)式传感器第32页/共34页第三十二页，共34页。3.1 自感自感(z n)式传感器小结式传感器小结 工作原理工作原理(yunl)（掌握）（掌握） 变气隙式自感传感器（掌握）变气隙式自感传感器（掌握） 变面积式自感传感器变面积式自感传感器 自感式传感器测量电路（了解）自感式传感器测量电路（了解）3.1 自感(z n)式传感器第33页/共34页第三十三页，共34页。感谢您的观看(gunkn)！第34页/共34页第三十四页，共34页。