第三章 电感传感器(第一节自感传感器)

第三章电感传感器一、自感传感器二、差动变压器传感器三、电感传感器的应用一、复习自感：当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势（电动势用以表示有源元件理想电源的端电压），这就是自感。互感：两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈自感与两个电感线圈耦合的程度。二、什么是电感传感器？答：电感传感器是利用电磁感应把被测的物理量（如位移，压力，流量，振动）等转换成线圈的自感系数L（表示线圈产生自感能力的物理量，自感系数跟线圈的形状、长短、匝数等因素有关。线圈面积越大、线圈越长、单位长度匝数越密，它的自感系数就越大）和互感系数M（是指在一个电路中所感生的磁通除以在另一个电路中产生该磁通的电流。）的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。位移、振动、压力、应变、流量、力、力矩、重量、密度等被测非电量电感变换元件（确定关系）电感变化量DL、DM被测电路（确定关系）可用电量U,I,f电感式传感器各种电感式传感器非接触式位移传感器测厚传感器电感粗糙度仪接近式传感器2020/3/15先看一个实验：将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到36V交流电压源上，如图4-1所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。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。2020/3/16电感传感器的基本工作原理演示F220V2020/3/17电感传感器的基本工作原理演示F气隙变小，电感变大，电流变小当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，线圈的电感量L和感抗XL较小，所以电流I较大。当铁心闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。第一节自感式传感器变隙式电感传感器变面积式电感传感器螺线管式电感传感器差动电感传感器2020/3/19电感量计算公式：请分析电感量L与气隙厚度及气隙的有效截面积A之间的关系，并讨论有关线性度的问题。202NALN：线圈匝数；A：气隙的有效截面积；0：真空磁导率；：气隙厚度。2020/3/110自感式电感传感器常见的形式变隙式变截面式螺线管式变隙式电感传感器变面积式电感传感器螺线管式电感传感器•由于线圈中通有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电磁引力，会引起振动。温度升高时，线圈尺寸增大，电感量随之增大，将引起测量误差。•在实际中常采用差动形式，两个完全相同的线圈共用一个活动的衔铁，构成差动式电感传感器，即可提高传感器的灵敏度，又可减小误差。2020/3/115差动电感传感器的特点请分析：灵敏度、线性度有何变化曲线1、2为L1、L2的特性，3为差动特性在变隙式差动电感传感器中，当衔铁随被测量移动而偏离中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形成差动形式。1-差动线圈2-铁心3-衔铁4-测杆5-工件变隙式螺线管式2020/3/116差动式电感传感器的特性从曲线图可以看出，差动式电感传感器的线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。从结构图可以看出，差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。差动式与单线圈电感式传感器相比，具有下列优点：①线性好；②灵敏度提高一倍，即衔铁位移相同时，输出信号大一倍；③温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，由于能互相抵消而减小；④电磁吸力对测力变化的影响也由于能相互抵消而减小。2020/3/118测量转换电路相邻两工作臂Z1、Z2是差动电感传感器的两个线圈阻抗。另两臂为激励变压器的二次绕组。输入电压约为10V左右，频率约为数千赫，输出电压取自A、B两点。当衔铁处于中间位置时：桥路平衡，输出电压Uo=0。当衔铁下移时：下线圈感抗增加，而上线圈感抗减小时。输出电压绝对值增大，其相位与激励源同相。衔铁上移时：输出电压的相位与激励源反相。如果在转换电路的输出端接上普通指示仪表时，实际上无法判别输出的相位和位移的方向。在桥路的输出端接上普通仪表，显示不出相位和衔铁的位移方向如果输出电压在送到指示仪前经过一个能判别相位的检波电路，则不但可以反映位移的大小（的幅值），还可以反映位移的方向（的相位）。这种检波电路称为相敏检波电路。相敏检波电路的输出电压为直流，其极性由输入电压的相位决定。当衔铁向下位移时，检流计的仪表指针正向偏转。当衔铁向上位移时，仪表指针反向偏转。采用相敏检波电路，得到的输出信号既能反映位移大小，也能反映位移方向。