电气测试技术第3版课件4.3电感式传感器.pptx
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《电气测试技术第3版课件4.3电感式传感器.pptx》由用户(现有分享)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电气 测试 技术 课件 4.3 电感 传感器
- 资源描述:
-
1、第3版 林德杰 主编机械工业出版社同名教材 配套电子教案第1章 测量的基本概念第2章 测量误差及数据处理第3章 信号的时域第4章 非电量的电测技术第5章 微型化和智能化传感器第6章 数字化测量技术第7章 抗干扰技术4.3 电感式传感器 电感式传感器电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现测量的一种装置,可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩等各种非电物理量。位移、振动、压力、流量、重量、力矩电感电压、电流优点:优点:结构简单,寿命长;结构简单,寿命长;灵敏度高(灵敏度高(1mm:几百几百mV););分辨力好(分辨力好(0.01m););重复性好,线性度优;重复性好,线性度优;缺
2、点:缺点:频率响应较低,不宜快速动态频率响应较低,不宜快速动态测量;测量;分辨力与测量范围有关,测量分辨力与测量范围有关,测量范围小,分辨力高,反之则低。范围小,分辨力高,反之则低。分类分类:电感式传感器电感式传感器自感型自感型互感型互感型变面积型自变面积型自感传感器感传感器螺线管型自螺线管型自感传感器感传感器变间隙型自变间隙型自感传感器感传感器差动变压器差动变压器式传感器式传感器压磁式传感器压磁式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器4.3.1 自感式传感器图4-25 简单自感传感器结构示意图a)变气隙式 b)变面积式 c)螺管式图4-25是简单自感传感器结构的示意图4.3.1.1 简单自感式传
3、感器的原理及特性自感式电感传感器的原理及特性自感式电感传感器的原理及特性 右图是简单自感传感器结构的示意图。它由线圈、铁心和衔铁所组成。线圈是套在铁心上的。在铁心与衔铁之间有一个空气隙 ,其厚度为。根据磁路的基本知识,传感器线圈的电感量可按下式计算:式中,为线圈匝数;为以平均长度表示的磁路的总磁阻。如果空气隙厚度 较小,而且不考虑磁路的铁损,则总磁阻为:因为一般空气隙的磁阻比导磁体的磁阻大很多,故在计算时,可忽略导磁体磁阻,则有:mmRRL2*NmRSSlRiiim02式中,为各段导磁体的磁路平均长度;为各段导磁体的磁导率;为各段导磁体横截面积;为空气隙的磁导率(=H/cm);为空气隙截面积。
4、91040iliiS0S202SNL mR其中1.变气隙式自感传感器的工作特性变气隙式自感传感器的工作特性 因此,其灵敏度随气隙的增大而减小。202ANL 由上页分析可知线圈的电感值可近似地表示为 变气隙式自感传感器的工作特性变气隙式自感传感器的工作特性 )(2002SNL0当 时,电感变化量为:000LLLL)2/(0020SNL 其中)11(000 L时当1/0)(1 20000L)()(302000L同理当 时,电感变化量为:0)()()(40302000LL式中第一项为线性项线性项,其灵敏度灵敏度为:00LLk而第二项以后是非线性项非线性项,含有n次方的非线性。%100%100)(00
5、02000002LLLrl若仅考虑二次方非线性二次方非线性,其非线性误差非线性误差为:由此可看出变气隙式自感传感器的特点:灵敏度高,测量范围灵敏度高,测量范围小,但非线性误差大小,但非线性误差大,为减小非线性误差,不能太大,通常取 为宜。0/2.01.0/02.变截面积式自感传感器的工作特性变截面积式自感传感器的工作特性 铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变化面改变,导致线圈的电感量发生变化,这种形式称之为变面积型电感传感器,见图1。L L与与是非线性的,但与是非线性的,但与S S成线性成线性,特性曲线参见图。202NdSdLk由此可看出变截面积式自感传感器的特点:测量范围较大,非线性误差测
6、量范围较大,非线性误差 小,但灵敏度较低。小,但灵敏度较低。123LL=f()1-衔铁 2-铁芯 3-线圈图1 变面积型电感传感器图2 电感传感器特性,SL=f(S)3.螺管式自感传感器的工作特性螺管式自感传感器的工作特性 下图为其结构原理图,衔铁随被测物移动,引起磁阻发生变化,导致电感量改变。线圈电感量与衔铁进入线圈的长度可表示为 通过以上分析可得结论:I.变间隙型灵敏度较高,但非线性误差较大;II.变面积型灵敏度较小,但线性较好,量程较大;III.螺管型灵敏度较低,但量程大且结构简单。22222)1(4aamrllrlNL4.3.1.2 4.3.1.2 差动式电感传感器差动式电感传感器 由
7、于自感传感器具有初始电感,线圈流向负载的电流不为零,衔铁电流不为零,衔铁永远受有吸力,线圈电阻受温度影响引起温度误差,灵敏度低永远受有吸力,线圈电阻受温度影响引起温度误差,灵敏度低等缺点。因此,实际中应用较少,常用差动自感传感器差动自感传感器。差动自感传感器:差动自感传感器:用两个相同的传感线圈共用一个衔铁,构成差动式电感传感器,这样可以提高传感器的灵敏度,减小测量误差。变气隙式差动自感传感器原理见图4-26.它由一个公共衔铁和上、下两个对称的线圈L1和L2组成。当衔铁向上位移 ,在差动自感传感器中,电感变化量:)()(250300021LLLL变气隙式变气隙式差动自感传感器的特性分析差动自感
8、传感器的特性分析上式中第一项是线性项,其灵敏度为:002LLk可见,差动自感传感器的灵敏度是简单自感传感器的2倍。差动自感传感器仅含奇次方非线性项,其三次方非线性误差为:%100)(203l非线性得到很大的改善。同理,变面积式和螺管式差动自感传感器也能得到提高灵敏度和改善线性度的同样的结论。图4-26 变气隙式差动自感传感器4.3.1.2 4.3.1.2 测量电路测量电路图4-27 变压器式交流电桥1.基本测量电路基本测量电路 基本测量电路通常采用交流电桥,如图4-27所示。电桥的两臂 和 为差动自感传感器中的两个线圈的阻抗,另两臂为电源变压器二次线圈的两半(每一半的电压为 ),输出电压取自A
9、、B两点。假定0点为参考零电位,则A点的电压为:1Z2Z2/U211ZZZUUAB点的电位为:2UUB则有输出电压UZZZUUUBAo)21(211(4-56)ZZZ21当衔铁处于中心位置时,由于两线圈完全对称,因此 ,代入式(4-56),得:0oU当衔铁向下移动时,下面线圈的阻抗增加,即 ,而上面线圈的阻抗减小,即 ,故此时的输出电压为:ZZZ1ZZZ2UZZUZZZUo2)212(若传感器线圈为高 值,即线圈电阻远远小于其电感阻抗,即 时,其输出电压的有效值为:QLrULrLUo22)(2式中,为电源角频率。同理,当传感器衔铁上移同样大小的距离时,可推得:UZZUZZZUo2)212(其有
10、效值为:ULrLUo22)(2比较式(4-57)和式(4-59)可知,当衔铁向上移动和向下移动相同距离时,其输出大小相等,方向相反。由于电源电压 是交流,所以尽管式中有正负号,还是无法加以分辨。U带相敏整流的交流电桥图4-28 带相敏整流的测量电桥当衔铁处于中间位置时,电桥处于平衡状态,输出电压 ;当衔铁上移,使上线圈阻抗增大,而下线圈阻抗减少 。设输入交流电压 为正半周,即A点为正,B点为负,则二极管VD1、VD4导通,VD2、VD3截止。在AECB支路中,C点电位由于 的增大而比平衡时C点的电位降低;在AFDB支路中,D点电位由于 的降低而比平衡时D点的电位增加,即D点电位高于C点电位,此
11、时直流电压表正向偏转。设输入交流电压 为负半周,即A点为负,B点为正,则二极管VD2、VD3导通,VD1、VD4截止。在BCFA支路中,C点电位由于 的减小而比平衡时降低。ZZZ210oUZZZ1ZZZ2U1Z2ZU2Z带相敏整流的交流电桥 而在BDEA支路中,D点电位由于 的增加而比平衡时的电位增加。所以仍然是D点电位高于C点电位,直流电压表正向偏转。只要衔铁上移,不论输入电压是正半周还是负半周,电压表总是正向偏转,即输出电压 总为下正上负。用同样的分析方法,当衔铁下移时,而 ,无论交流电压 的极性如何,电压表总是反向偏转,即输出电压 总是上正、下负。可见,采用带相敏整流的交流电桥,输出信号
12、既能反映位移的大小,又能反映衔铁运动的方向,并能消除零点残余电压,改善输出特性。其输出特性见图4-29b。1ZoUZZZ1ZZZ2UoU带相敏整流的交流电桥 由于传感器的结构不可能绝对对称输入交流电压 含有高次谐波等原因,衔铁在中间位置时输出电压 不等于零而等于较小的电压 ,称为零点残余电压,不带相敏整流电路的变压器桥路的输出特性,见图4-29a。UoUouou图4-29 变压器桥路的输出特性a)不带相敏整流电路的输出特性 b)带相敏整流电路的输出特性2.2.数字化测量电路数字化测量电路 阻抗测量的数字化仪器已得到日益广泛的应用,它具有测量精度高,反应迅速,使用方便等优点。图4-30 阻抗的数
13、字化测量原理框图相敏检波电路 图4-30被测阻抗 接在运算放大器A1的输入回路,适用于测量较小的阻抗,若测量较大的阻抗,可将被测阻抗替代运算放大器A1中的,原来被测阻抗的位置接一个精密的固定电阻。该电路是电感和电容两用的测量电路。图4-31 相敏检波电路)(xxjXR 4.3.1.4 自感传感器应用实例 1.JGH电感测厚仪电感测厚仪图4-32 JGH测厚仪电路原理图 2.BYM型压力传感器图4-33 BYM型压力传感器4.3.2 差动变压器式传感器 差动变压器式传感器的工作原理是把被测量的变化转换成互感系数 的变化。传感器本身是互感系数可变的变压器,故又称互感式传感器。由于共二次侧接成差动形
展开阅读全文