第四章-电感式传感器11课件.ppt

1、位移位移振动振动压力压力流量流量传感器传感器自感系数自感系数 L互感系数互感系数 M电路电路电压电压电流电流自感式自感式（变气隙式）（变气隙式）互感式传感器互感式传感器涡流式传感器涡流式传感器电感式传感器的应用电感式传感器的应用结构及原理结构及原理测量电路测量电路自感式传感器的结构 123x1线圈线圈2铁芯铁芯3衔铁衔铁L02mWLR衔衔铁铁气气隙隙铁铁芯芯RRRRM 102niMiiilRAA因为因为 铁芯铁芯、衔铁衔铁 气隙气隙，所以，所以，R铁芯铁芯+R衔铁衔铁R气隙气隙 02MRA220(,)2MWAWLfAR线圈的电感量线圈的电感量L为：为：100001()()1LL 2200100

2、02(2WAWALLL 衔铁下移衔铁下移当当 时时0123000()().20000002122(WAL 100LL当忽略高次项后：当忽略高次项后：电感量的相对变化：2000LLLL 200001()()1LL 同理，衔铁上移时同理，衔铁上移时：200LL当忽略高次项后：当忽略高次项后：23000()().电感传感器的L-特性传感器的灵敏度为：传感器的灵敏度为：0 LLS变气隙传感器输出特性变气隙传感器输出特性结论：结论：高次项是造成非线性误差的主要原因高次项是造成非线性误差的主要原因当当 越小，线性越好，但越小，线性越好，但 电感的变化量变小电感的变化量变小输出特性与测量范围有矛盾。输出特性

3、与测量范围有矛盾。测量微小位移比较精确测量微小位移比较精确差动式可以减小非线性差动式可以减小非线性1-铁心 2-线圈3-衔铁1023100001.LL23200001.LL2002AWL002LS352100002.LLLL结论：结论：不存在偶此项，非线性得到改善不存在偶此项，非线性得到改善 非线性比单个传感器小非线性比单个传感器小传感器的灵敏度为传感器的灵敏度为：02 LLS101200001()2111122CDiiiZUUUUZZUU 0U iU Z3=R0Z4=R0CDAB0 时时，0U iU 0 时时，2122ioABiZUUUUUZZ 21122iUZZZZ iU000001111

4、22iiUU 上移：下移：02ioUU 02ioUU 需相敏检波需相敏检波，。EFRw1Rw2iU DAB大小和方向均能判别123(b)螺管型（a）气隙性差动变压器式传感器的结构示意图 120,0;MM U0U 12,MM12,MM0U 两个次级绕组线圈3和线圈4的同名端反相串接，故：02122UEE变隙式差动变压器等效电路.01211()iUUjMMRj L 12.011,2iMMM MMMMUUjRj L 12.011,2iMMM MMMMUUjRj L 上移时：下上移时：02211()iMUERL 002MUEM 差动变压器输出电压有效值特性曲线 零点残余电压零点残余电压原因：原因：差动

5、变压器两个次级绕组不可能完全一致，初级线圈中铜差动变压器两个次级绕组不可能完全一致，初级线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，内含高次谐波分内含高次谐波分量，这样也将导致零点残余电压中有高次谐波成分。量，这样也将导致零点残余电压中有高次谐波成分。使感应使感应电势的数值不等和相位相差不为电势的数值不等和相位相差不为180实际使用使必须设法实际使用使必须设法减小，否则会影响传感器测量结果。减小，否则会影响传感器测量结果。措施：措施：1 1从设计和工艺上保证结构对称性从设计和工艺上保证结构对称性 2 2选用合适的测量线路选用合适的测量线路 3 3采用补偿

6、线路采用补偿线路0abcdabdcUUUUU00U 1D2D3D4D1B2BMjUiUjUjU3i4i1D2D3D4D1B2BMjUiUjUjU2i1i1D2D3D4D1B2BMjUiUjUjU3i4iiUiU1D2D3D4D1B2BM2U1U2U2U 14/ii23/ii1U1U 如图所示变磁阻式电感传感器，气隙横截面积如图所示变磁阻式电感传感器，气隙横截面积A A=4 44mm4mm2 2，气隙厚度为，气隙厚度为 0.4mm0.4mm，衔铁最大位移，衔铁最大位移0.08mm0.08mm，激励线圈匝数，激励线圈匝数N N=2500=2500匝，线圈匝，线圈直流电阻直流电阻R Re=464e=

7、464欧姆。当激励电源频率欧姆。当激励电源频率f f=4000Hz4000Hz时，忽略漏磁及铁损。时，忽略漏磁及铁损。要求计算：要求计算：线圈电感值；线圈电感值；电感的最大变化量；电感的最大变化量；线圈的品质因数。线圈的品质因数。当线圈存在当线圈存在200pF200pF分布电容与之分布电容与之并联后并联后其其等效电感值变化多大？等效电感值变化多大？例题分析铁芯铁芯衔铁衔铁线圈线圈x变磁阻式传感器变磁阻式传感器例题分析解：（1）（2）当衔铁最大位移 ，分别计算电感量 电感量的最大变化量为 （3）电感的品质因数200157mH2WAL 201202196mH2(131mH2(WALWAL28.5e

8、eLfLQRRmH1219613165LLLRSLC1()1()SPSRj Lj CZRj Lj C 222(1)(1)SPRLZjLCLC 00020(1)ppLLLLLL C 332310157 10157 101(24000)157 102 103mH （4）主要内容：电涡流式传感器电涡流式传感器 基本原理基本原理 测量电路测量电路电感式传感器应用电感式传感器应用例题分析例题分析总结总结第三节第三节 电涡流式传感器电涡流式传感器 一一 电涡流效应电涡流效应电磁炉线圈上通交变高频电流线圈上通交变高频电流线圈产生高频交变磁场线圈产生高频交变磁场产生高频交变涡流产生高频交变涡流涡流产生反磁场涡

9、流产生反磁场阻碍线圈电流交换作用阻碍线圈电流交换作用等效于等效于L或阻抗的改变或阻抗的改变线圈电感量的变化程度与线线圈电感量的变化程度与线圈的尺寸大小，激励电流的圈的尺寸大小，激励电流的大小，与导体的距离大小，与导体的距离距离，距离，导体的电阻率，相对导磁率导体的电阻率，相对导磁率有关有关。2111iR IjLIjMIU 222210R IjL IjM I 1iUZI 222222222211222222MMRRjLLRLRL RL1I iU RQL222221222MRRRRL 222221222MLLLRL )(ZfiUooCxLf)(21一 变隙电感式压力传感器测压力变隙电感式压力传感器

10、结构图 线圈铁芯衔铁膜盒PUAP变化位移变化（气隙）电流的变化第四节 电感式传感器的应用二、血压的测量二、血压的测量 导磁金属膜片既是导磁金属膜片既是压力的敏感元件，压力的敏感元件，又是差动电感的又是差动电感的公用衔铁。公用衔铁。二差动电感线圈绕制在罐装铁氧体磁芯上，磁芯的孔作压二差动电感线圈绕制在罐装铁氧体磁芯上，磁芯的孔作压力传递用，传感器的内外腔用塑料薄膜隔开（为便于清洗），力传递用，传感器的内外腔用塑料薄膜隔开（为便于清洗），当膜片两侧压力不相等时，膜片凹向压力小的一边引起位于当膜片两侧压力不相等时，膜片凹向压力小的一边引起位于膜片两侧的二电感线圈自感量的差动变化。膜片两侧的二电感线圈

11、自感量的差动变化。三、肢体震颤测量三、肢体震颤测量用于肢体震颤测量的电感传感器也是按照差动电感用于肢体震颤测量的电感传感器也是按照差动电感器原理设计的。器原理设计的。该差动电感传感器的公用衔铁是固定在圆形的螺旋该差动电感传感器的公用衔铁是固定在圆形的螺旋弹簧膜片上的铁氧体质量块。弹簧膜片上的铁氧体质量块。外壳外壳线圈线圈 磁芯磁芯弹簧膜片弹簧膜片引出端引出端公用衔铁公用衔铁（质量块）质量块）四、微压力的测量四、微压力的测量电感探头测量电桥交流放大相敏检波直流放大送A/D信号电路图测杆测端线圈结构图位移位移x的变化的变化 电量的变化电量的变化 可做成可做成位移、振幅、厚度位移、振幅、厚度等传感器

12、等传感器电导率电导率 的变化的变化 电量的变化电量的变化 可做成可做成表面温度、电解质浓度、材质判别表面温度、电解质浓度、材质判别等等磁导率磁导率 的变化的变化 电量的变化电量的变化 可做成可做成应力、硬度应力、硬度等传感器等传感器x、的综合影响的综合影响应力、硬度应力、硬度 可做成可做成材料探伤材料探伤装置装置 60(/min)fnrN 齿轮齿数齿轮齿数f0LLL 0dxx 第四章 部分习题答案8.将一电阻将一电阻R=200 ,R=200 ,灵敏系数灵敏系数K=2.0K=2.0的应变片接入电桥的应变片接入电桥构成一单臂电桥电路。构成一单臂电桥电路。（1 1）当应变片应变）当应变片应变 时，求

13、时，求R R和和R R /R/R。（2 2）当电源电压为）当电源电压为3V3V电桥的输出电压是多少？电桥的输出电压是多少？46 10 解：RkRRRmV31.2 10.240.9RRR9.从一检测人体运动变化的加速度传感器的单臂电桥输出端从一检测人体运动变化的加速度传感器的单臂电桥输出端测得其输出电压为测得其输出电压为 ，电桥的灵敏度最大，桥路，电桥的灵敏度最大，桥路电压为电压为 。已知应变片的灵敏度系数。已知应变片的灵敏度系数 ，组，组成传感器的等强度梁的梁长成传感器的等强度梁的梁长 ，梁厚，梁厚 ，其顶端宽，其顶端宽 ，梁的弹性模量，梁的弹性模量 ，梁顶端放置的惯性质量块，梁顶端放置的惯性

14、质量块 。此时测得的人体运动的加速度是多少？（等强度梁的应力计此时测得的人体运动的加速度是多少？（等强度梁的应力计算式为算式为 ）.V30 5 10oUU=3V.2 0k.m22 0 10l=.m42 0 10h-3=1.0 10 mb-2E=2.0 10 N/m2-3=1.0 10 kgm=6/2Fl h b=2.2N/kgFam9./RkR 又又2266FlEh bEh bFl 4/RUo UR 而而可求可求F4一电容测微仪，其传感器的圆形极板半径 r=5mm,工作初始间隙=0.3mm，问:(1)工作时，如果传感器与工作的间隙变化量=1m 时，电容变化量是多少?(2)如果测量电路的灵敏度 S 1=100mVpF，读数仪表的灵敏度 S2=5 格mV，在=1m 时，读数仪表的指示值变化多少格?6设计一种电涡流式传感器测转速的原理结构图，并说明其工作过程。