文档介绍：第3章电感式传感器
自感式传感器
变压器式传感器
涡流式传感器
压磁式传感器
感应同步器
本章要点
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电感式传感器是利用线圈自感或互感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、应变等多种物理量。
电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感,在被测量转换成线圈自感或互感的变化时。一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。这类传感器的主要特征是具有线圈绕组。
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自感式传感器
自感式传感器的工作原理
灵敏度与非线性
等效电路
转换电路
零点残余电压
自感式传感器的特点及应用
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自感式传感器的工作原理
电感值与以下几个参数有关:与线圈匝数w平方成正比;与空气隙有效截面积S0成正比;与空气隙长度l0所反比。
图3-l 自感式传感器原理图
图3-2 截面型自感式传感器
B为动铁芯(通称衔铁) A为固定铁芯
图3-3 差动自感式传感器
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自感式传感器的工作原理
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自感式传感器的工作原理
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灵敏度与非线性
气隙型其灵敏度为: 差动式传感器其灵敏度:
以上结论在满足Δl/l0<<1时成立。
从提高灵敏度的角度看,初始空气隙l0距离人应尽量小。其结果是被测量的范围也变小。同时,灵敏度的非线性也将增加。如采用增大空气隙等效截面积和增加线圈匝数的方法来提高灵敏度,则必将增大传感器的几何尺寸和重量。这些矛盾在设计传感器时应适当考虑。与截面型自感传感器相比,气隙型的灵敏度较高。但其非线性严重,自由行程小,制造装配困难。因此近年来这种类型的使用逐渐减少。差动式传感器其灵敏度与单极式比较。其灵敏度提高一倍,非线性大大减小。
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等效电路
自感式传感器从电路角度来看并非纯电感,它既有线圈的铜耗,又有铁芯的涡流及磁滞损耗,这可用折合的有功电阻抗Rq表示。此外,无功阻抗除电感之外还包括绕组间分布电容。这部分电容用集总参数C表示,一个电感线圈的完整等效电路可用图3-4表示。
图3-4 电感线圈等效电路
(3-7)
式中 Rm---磁路总磁阻;
Za---铁芯部分的磁阻抗;
Z0--空气隙的磁阻抗。
图15-9 取样保持原理
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转换电路
自感式传感器实现了把被测量的变化转变为电感量的变化。为了测出电感量的变化,同时也为了送入下级电路进行放大和处理。就要用转换电路把电感变化转换成电压(或电流)变化。把传感器电感接入不同的转换电路后,原则上可将电感变化转换成电压(或电流)的幅值、频率、相位的变化,它们分别称为调幅、调频、调相电路。
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转换电路
一、调幅电路
调幅电路的一种主要形式是交流电桥。图3-5(a)所示为交流电桥的一般形式。桥臂Zi可以是电阻、电抗或阻抗元件。当空载时,其输出称为开路输出电压,表达式如下。式中U为电源电压。
图3-5 交流电桥的一般形式及等效电路
(a) 电阻平衡臂电桥(b)变压器电桥
图3-6 交流电桥的两种实用形式
图3-7 谐振式调幅电路
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