電感電容傳感器ppt課件.ppt

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1、3.1綜述3.2自感式電感傳感器3.3互感式電感傳感器3.4壓磁式傳感器第3章電感式傳感器3.1電感式傳感器概述原理:電磁感應。具體地:將被測物理量的變化轉換為電感的變化,在經(jīng)過測量電路將電感的變化量轉換為電信號。電感式傳感器的類型1)自感式傳感器a)可變磁阻式b)渦流式2)互感式(差動變壓器式)3)壓磁式特點:工作可靠、壽命長靈敏度高,分辨力高精度高、線性好性能穩(wěn)定、重復性好自感(selfinductance)簡單定義:由于導體本身電流的變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象叫做自感現(xiàn)象。詳細定義:當導體中的電流發(fā)生變化時,它周圍的磁場就隨著變化,并

2、由此產(chǎn)生磁通量的變化,因而在導體中就產(chǎn)生感應電動勢,這個電動勢總是阻礙導體中原來電流的變化,此電動勢即自感電動勢。這種現(xiàn)象就叫做自感現(xiàn)象。3.2自感式傳感器——可變磁阻式傳感器L—自感δ0—氣隙S0——氣隙導磁截面積W——線圈匝數(shù)μ0——空氣磁導率4Л*10e-7H/m自感式傳感器的構成:線圈、鐵心、銜鐵幾種常用可變磁阻式傳感器的典型結構自感L與S0成線性關系,這種傳感器靈敏度較低。當銜鐵有位移時,可以使兩個線圈的間隙按變化。一個線圈自感增加,另一個線圈自感減小。將兩線圈接于電橋的相鄰橋臂時,其輸出靈敏度可提高一倍,并改善了線性特性。當鐵芯

3、在線圈中運動時,將改變磁阻,使線圈自感發(fā)生變化。這種傳感器結構簡單、制造容易,但靈敏度低,適用于較大位移(數(shù)毫米)測量。較之單螺管線圈型有較高靈敏度及線性,被用于電感測微計上,其測量范圍為0~300μm,最小分辨力為0.5μm。這種傳感器的線圈接于電橋上,構成兩個橋臂,線圈電感L1、L2隨鐵芯位移而變化。變氣隙自感式傳感器參數(shù)1)靈敏度按泰勒級數(shù)展開2)非線性誤差與靈敏度銜鐵上移切線斜率變大銜鐵下移切線斜率變小與線性度銜鐵上移:銜鐵下移:無論上移或下移,非線性都將增大。差動變隙式電感傳感器為了減小非線性誤差,實際測量中廣泛采用差動變隙式電感

4、傳感器。銜鐵上移Δδ:兩個線圈的電感變化量ΔL1、ΔL2分別差動傳感器電感的總變化量ΔL=ΔL1+ΔL2,具體表達式為(4-21)對上式進行線性處理,即忽略高次項得(4-22)靈敏度K0為(4-23)比較單線圈式和差動式:①差動式變間隙電感傳感器的靈敏度是單線圈式的兩倍。②差動式的非線性項(忽略高次項):單線圈的非線性項(忽略高次項):由于Δδ/δ0<<1,因此,差動式的線性度得到明顯改善。測量電路1、交流電橋式測量電路把傳感器的兩個線圈作為電橋的兩個橋臂Z1和Z2,另外兩個相鄰的橋臂用純電阻R代替。設Z1=Z+ΔZ1,Z2=Z-ΔZ2,

5、Z是銜鐵在中間位置時單個線圈的復阻抗,ΔZ1,ΔZ2分別是銜鐵偏離中心位置時兩線圈阻抗的變化量。對于高Q值的差動式電感傳感器,有ΔZ1+ΔZ2≈jω(ΔL1+ΔL2),則電橋輸出電壓為電感式傳感器的測量電路有交流電橋式、變壓器式交流電橋以及諧振式等。2、變壓器式交流電橋式測量電路變壓器式交流電橋測量電路如圖所示,電橋兩臂Z1、Z2為傳感器線圈阻抗,另外兩橋臂為交流變壓器次級線圈的1/2阻抗。當負載阻抗為無窮大時,橋路輸出電壓當傳感器的銜鐵處于中間位置,即Z1=Z2=Z,此時有           ,電橋平衡。當傳感器銜鐵上移:如Z1=Z+

6、ΔZ,Z2=Z-ΔZ,當傳感器銜鐵下移:如Z1=Z-ΔZ,Z2=Z+ΔZ,此時可知:銜鐵上下移動相同距離時,輸出電壓相位相反,大小隨銜鐵的位移而變化。由于是交流電壓,輸出指示無法判斷位移方向,必須配合相敏檢波電路來解決。3.諧振式測量電路分為:諧振式調幅電路和諧振式調頻電路。調幅電路:傳感器電感L與電容C、變壓器原邊串聯(lián)在一起,接入交流電源,變壓器副邊將有電壓輸出,輸出電壓的頻率與電源頻率相同,而幅值隨著電感L而變化,為輸出電壓與電感L的關系曲線,其中L0為諧振點的電感值。特點:此電路靈敏度很高,但線性差,適用于線性度要求不高的場合。諧

7、振式調幅電路調頻電路:是傳感器電感L的變化將引起輸出電壓頻率的變化。通常把傳感器電感L和電容C接入一個振蕩回路中,其振蕩頻率。當L變化時,振蕩頻率隨之變化,根據(jù)f的大小即可測出被測量的值。諧振式調頻電路變隙式電感傳感器的應用變隙電感式壓力傳感器結構圖變隙式差動電感壓力傳感器變截面型自感式傳感器改變氣隙的有效截面積線性性好可測量位移、角度靈敏度低于變氣隙式自感式傳感器靈敏度3.2自感式傳感器——電渦流式傳感器什么是渦流電渦流傳感器:高頻反射式、低頻透射式渦流傳感器的特點15高頻(數(shù)MHz以上)激勵電流施加于鄰近金屬板一側的線圈,由線圈產(chǎn)生的

8、高頻電磁場作用于金屬板的表面。在金屬板表面薄層內產(chǎn)生渦流,渦流又產(chǎn)生反向的磁場,反作用于線圈上,由此引起線圈自感L或線圈阻抗的變化。變化程度取決于線圈至金屬板之間的距離、金屬板的

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