第4章 电感式传感器
传感器应用技能实训 04习题答案
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技能训练四电感式传感器二、思考题1.填空题(1)单线圈螺管式电感传感器主要由螺线管线圈和可沿线圈轴向移动的衔铁组成。
(2)电感式传感器一般用于测量位移,也可用于振动、压力、荷重、流量、液位等参数的测量。
(3)对于差动变压器,当衔铁处于线圈中心位置时,两个次级绕组与初级绕组间的互感相同。
初级绕组加入激励电源后,两个次级绕组产生的感应电动势相同,输出电压为零。
但在实际应用中,铁芯处于差动线圈中心位置时的输出电压并不为零,该电压称为零点残余电压。
(4)电涡流传感器的整个测量系统由电涡流传感器和测量转换电路两部分组成。
(5)电感式接近开关是一种有开关量输出的位置传感器,利用电涡流原理制成,主要用于金属物体的位置检测及判断。
(6)单线圈螺管式电感传感器相比于变隙式电感传感器优点很多,缺点是灵敏度低,它广泛用于测量大量程的直线位移。
(7)电涡流传感器常采用谐振电路和桥式电路作为测量电路。
(8)自感式电感传感器实质上是一个带衔铁的铁芯线圈,主要由铁芯、线圈和衔铁组成。
(9)单一结构的电感传感器不适用于精密的测量,在实际工作中常采用两个电气参数和几何尺寸完全相同的电感线圈共用一个衔铁构成的差动式电感传感器,(10)互感式电感传感器主要由衔铁、初级绕组和次级绕组组成。
由于在使用时两个次级绕组反向串接,以差动方式输出,因此称为差动变压器式传感器。
2.选择题(1)通常用电感式传感器测量( c )。
a.电压b.磁场强度c.位移d.压力(2)单线圈螺管式电感传感器广泛用于测量( c )。
a.大量程角位移b.小量程角位移c.大量程直线位移d.小量程直线位移(3)差动变压器的测量电路常采用( c )a.直流电桥b.交流电桥c.差分相敏检波电路和差分整流电路d.运算放大器电路(4)为了使螺管式差动变压器式传感器具有较好的线性度,通常(a )。
a.取测量范围为线圈骨架的1/10~1/4b.取测量范围为线圈骨架的1/2~2/3c.激励电流频率采用中频d.激励电流频率采用高频(5)欲测量极微小位移应选择( a )电感传感器;希望线性好、测量范围大,应选择( c )自感传感器。
电感式传感器PPT课件
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2
LC
2LC
Q2
(1
2LC)2
2LC Q
2
(4-17)
第4章 电感式传感器
当Q>>ω2LC且Ω2lc<<1
Z
R
(1 2LC)2
;
令
L'
L
(1 2LC)2
则
Z R' jL'
从以上分析可以看出,并联电容的存在,使有效串联损耗电阻及 有效电感增加,而有效Q值减小,在有效阻抗不大的情况下,它 会使灵敏度有所提高,从而引起传感器性能的变化。因此在测量 中若更换连接电缆线的长度,在激励频率较高时则应对传感器的 灵敏度重新进行校准。
为了使输出特性能得到有效改善,构成差动的两个变隙 式电感传感器在结构尺寸、材料、电气参数等方面均应完全 一致。
第4章 电感式传感器 图4-3 差动变隙式电感传感器
第4章 电感式传感器 4.1.3 测量电路
电感式传感器的测量电路有交流电桥、变压器式交流电桥 以及谐振式等。
1.
从电路角度看,电感式传感器的线圈并非是纯电感,该电 感由有功分量和无功分量两部分组成。有功分量包括:线圈线 绕电阻和涡流损耗电阻及磁滞损耗电阻,这些都可折合成为有 功电阻,其总电阻可用R来表示;无功分量包含:线圈的自感L, 绕线间分布电容,为简便起见可视为集中参数,用C来表示。 于是可得到电感式传感器的等效电路如图4-4所示。
其自由端发生位移,带动与自由端连接成一体的衔铁运动, 使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化。 即一个电感量增大,一个电感量减小。电感的这种变化通 过电桥电路转换成电压输出,所以只要用检测仪表测量出 输出电压,即可得知被测压力的大小。
第4章 电感式传感器 4.1.5
电感式传感器4-1
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§4-1 自感式传感器
(二)特征分析
气隙式电感传感器的主要特征是灵敏度和线性度。当铁心和衔铁采用同一导磁 材料,且截面相同时,因为气隙 lδ 一般较小,故可以认为气隙磁通截面与铁心截 面相等,设截面总长为 l,则(4-2)式可写成
1
l l
. 1
l
1 / l
r
l
. 1
l 1
l / l
r
(4-10) (4-11)
§4-1 自感式传感器
同理,当总气隙长度增加 △lδ时,电感减少 △L2,即
L2
l
L l l l / r
§4-1 自感式传感器
L L
L1 L2 L
2
lc lc
1
l lc
1
r rc
2
1
r
1
(4-26)
(4-26)式说明: △L/L 与铁心长度变化 △lc/lc 成正比,比单个螺管式 电感传感器灵敏度高一倍。为了使灵敏度增大,应使线圈与铁心尺寸比值
L = (4π2N2rc2μr)/(l×107)+[4πN2(πr2-πrc2)]/(l×107)
= {4π2N2[r2+(μr-1) rc2]}/ (l2×107) (H)
(4-21)
第4章 电感式传感器线位移及尺寸测量
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2
P
r
x
B 为简化分析,设螺管线圈的长径 比 l / r 1 ,则可认为螺管线 圈内磁场强度分布均匀,线圈 中心处的磁场强度为: IN H 2 2 l N NBS 0 N r 则空心螺管线圈的电感为: L0 I I l
电子工业出版社
x
当线圈插有铁芯时,由于铁芯是铁磁性材料,使插入部分的磁 阻下降,故磁感强度B增大,电感值增加。
电子工业出版社
L
ΔL1 L0 ΔL2 δ0 δ
2. 螺线管型电感传感器
有单线圈和差动式两种结构形式。 单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈一根圆柱 形铁芯及磁性套筒。传感器工作时,因铁芯在线圈中伸入长度 的变化,引起线圈泄漏路径中磁阻的变化,从而使线圈自感发 生变化。
螺管线圈 l r 铁芯 x
电子工业出版社
为了提高灵敏度与线性度,常 采用差动螺管式自感传感器。 图(b)中H=f(x)曲线表明:为 了得到较好的线性,铁芯长度 取0.6l时,则铁芯工作在H曲线 的拐弯处,此时H变化小。这种 差动螺管式自感传感器的测量 范围为(5~50)mm,非线性误 差在0.5%左右。
2lc
Δlc
r
x 线圈Ⅱ (a)
当
2 4 L 1 2 ... L0 0 0 0 L 2 忽略高次项,可得: L0 0
0
,上式展开成泰勒级数: 1
差动变隙式自感传感器的灵敏度为
3
L L0 2 K 0
1 线圈Ⅰ自感特性曲线; 2 线圈Ⅱ自感特性曲线; 3 线圈Ⅰ与Ⅱ差动自感特性曲线; 4 差动电桥输出电压-位移特性曲线
电子工业出版社
L/mH 100 75 LD 50 25
第四章电感式传感器
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式中,r 、rc 为螺管、铁芯的半径;l、l为c 螺管、铁芯 的长度; lc 、rc 位移量。
所以,传感器灵敏度为:
K
4 2 N 2
l2
r
1 rc2
107
采用差动形式,灵敏度可提高一倍。 提高灵敏度的途径:
①使线圈与铁芯尺寸比值和趋于1; ②铁芯的材料选用导磁率大的材料。
三种自感式传感器的比较: ◆ 变间距式: 灵敏度最高,且随间距增大而减小;
4.2.4 误差因素分析
(1)激励电源的影响 幅值和频率都会直接影响输出,必须适当选择 合适的值。
(2)温度的影响: 温度变化,引起线圈磁场发生变化,从而产生 温漂(品质因数Q低时,影响更为严重。
解决方法:①采用恒流源供电; ②提高线圈的品质因数; ③采用差动电桥。
(3)零点残余电压 差动变压器在初始状态下,衔铁处于中间位置, 存在零点残余电压,
常用测量电路为: ◆ 差动整流电路 ◆ 相敏检波电路
1. 差动整流电路 差动整流电路分为全波和半波电路,如图所示:
以图(c)为例,波形变化为:
2.相敏检测电路
4.2.6 应用
(1)差动变压器式加速度传感器
(2)差动变压器式微压力变送器
微压传感器
退出
电感测微仪------差动式自感传感器测量微位移
4.1 自感式传感器
自感传感器的常见形式有气隙型和螺管型。
一、气隙型电感传感器 1. 工作原理:
线圈的电感为:
N2 L
Rm
Rm
l1
1S1
l2
2S2
l
0S
一般铁心的磁阻远较气隙磁阻小,有
Rm
l
0S
电感值与以下几个参数有关:与线圈匝数N 平方成正比;与空气隙有效截面积S成正比;与 空气隙长度所反比。
电感式传感器原理
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电感式传感器原理
电感式传感器是一种利用电感效应进行测量和检测的传感器。
其基本原理是根据电感的特性来实现信号的转换和传输。
电感式传感器的工作原理是通过改变线圈中的电感值来感应外部的物理量。
当外部物理量发生变化时,线圈中的电感值也会相应地发生变化。
通过测量线圈的电感值的变化,可以得知外部物理量的变化情况。
电感是指导线圈中产生的自感应电动势。
当线圈中的电流发生变化时,会产生与电流变化方向相反的电动势。
这种电动势会产生磁场并储存能量。
当外部物理量改变线圈中的磁场时,会影响线圈中的电感值。
测量电感值的常用方法是利用谐振电路。
当外部物理量引起电感值变化时,会影响谐振电路的谐振频率。
通过测量谐振频率的变化,可以得到外部物理量的变化信息。
电感式传感器广泛应用于各种测量和控制领域。
例如,在温度传感中,可以利用电感式传感器测量温度变化引起的电感值变化;在位移传感中,可以利用电感式传感器测量物体位置的改变;在压力传感中,可以利用电感式传感器测量压力变化引起的电感值变化等。
总之,电感式传感器是一种利用电感效应进行测量和检测的传感器,通过测量线圈的电感值的变化来获取外部物理量的变化
信息。
由于其简单、可靠和精度高的特点,电感式传感器被广泛应用于各种工程领域。
第4章电感式传感器习题
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第4章 电感式传感器1、 说明电感式传感器有哪些特点。
2、分析比较变磁阻式自感传感器、差动变压器式互感传感器的工作原理和灵敏度。
3、试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。
4、分析电感传感器出现非线性的原因,并说明如何改善?5、某差动螺管式电感传感器的结构参数为单个线圈匝数W=800匝,l =10mm ,l c =6mm ,r=5mm ,r c =1mm ,设实际应用中铁芯的相对磁导率µr =3000,试求:(1)在平衡状态下单个线圈的电感量L 0=?及其电感灵敏度足K L =?(2)若将其接人变压器电桥,电源频率为1000Hz ,电压E=1.8V ,设电感线圈有效电阻可忽略,求该传感器灵敏度K.(3)若要控制理论线性度在1%以内,最大量程为多少? 螺管式线圈插棒式铁芯线圈1线圈2铁芯(a)(b)图3—15 差动螺管式电感传感器解:(1)根椐螺管式电感传感器电感量计算公式,得()222200cc r r l lrlW L μπμ+=()()()H 46.010*********10101080010492922327=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=----ππ差动工作灵敏度:rc L r l W K μπμ22202⋅= ()mm m m /6.151/6.15130001011010800104262327H =H =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=---ππ (2) 当f =1000Hz 时,单线圈的感抗为X L =ωL 0 =2πf L 0 =2π×1000×0。
46=2890(Ω) 显然X L 〉线圈电阻R 0,则输出电压为02L L E U O ∆=测量电路的电压灵敏度为H=H =H ⨯==∆=m mV V V L E L U K u /96.1/96.146.028.1200而线圈差动时的电感灵敏度为K L =151。
6mH/mm,则该螺管式电感传感器及其测量电路的总灵敏度为 H ⨯H =⋅=m mV mm m K K K u L /96.1/6.151 =297.1mV/mm6、有一只差动电感位移传感器,已知电源电U sr =4V,f=400Hz ,传感器线圈铜电阻与电感量分别为R=40Ω,L= 30mH ,用两只匹配电阻设计成四臂等阻抗电桥,如习题图3—16所示,试求: (1)匹配电阻R 3和R 4的值;(2)当△Z=10时,分别接成单臂和差动电桥后的输出电压值; (3)用相量图表明输出电压sc U •与输入电压sr U •之间的相位差。
电感式传感器30295
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不足:存在交流零位信号,不宜于高频动态测量。
电感式传感器
第4章 电感式传感器
§4.1 自感式传感器
§4.2 差动式变压器
§4.3 电涡流式传感器
应用实例
4.1 自感式传感器
第4章 电感式传感器
➢ 气隙型电感传感器 ➢ 螺管型电感传感器 ➢ 电感线圈的等效电路 ➢ 测量电路
4.1 自感式传感器
实验:
4.1 自感式传感器
单线圈气隙型电感传感器:
灵敏度:
KL
L l
1 l
1 l
r
线性度: l 1 l 1 l l r
差动式气隙型电感传感器:
2
灵敏度:K L
L 2
l
1 l
1 l
r
线性度:
l l
1 l
1 l
r
2.差动式自感传感器非线性失真小.
当Δlδ/lδ=10%时 (略去l/lδ·μr), 单线圈δ<10%;而差动式的δ<1%。
4.1 自感式传感器
单线圈气隙型电感传感器:
灵敏度:
KL
L l
1 l
1 l
r
线性度: l 1
l 1 l l r
差动式气隙型电感传感器:
2
灵敏度:K L
L 2
l
1 l
1 l
r
线性度:
l l
1 l
1 l
r
1. 差动式自感传感器的灵敏度比单线圈传 感器提高一倍.
差动式气隙型电感传感器
l
r
1 l
l
L L1 l r l
L
l r l l
L1
l
1
l
1
L
第四章电感式传感器--2
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.
.
R1
M
L1 L2
R2
.
U
I1
1
I2
( R1 jL1 ) I1 jM
.
jM I1 U1 R2 jL2
( R1 jL1 ) I1 jM
.
.
jM I1 U1 R2 jL2
.
.
I1
肌肤深度与线圈的激磁频率、导体的相对磁导率、导体的电阻率有关:
t 0 r f
ρ—
μr—
导
导
体
体
电
相
阻
对
率
磁
(Ω·cm)
导 率
J0
Jd
f—交变磁场频率(Hz)
可见,被测导体电阻率越大、相对磁导率
越小,线圈的激磁频率越低,则涡流贯穿 深度越大。有曲线可知,涡流密度主要分 布在表面附近。
d
绕在聚四氟乙烯框架窄槽内。
1
2
3
4
1 线圈 2 框架 3 衬套 4 支架 5 电缆 6 插头
6
5
特点
电涡流传感器是利用传感器线圈与被测导体之间的电磁耦合进行工作的。 传感器的线圈装置只是实际传感器的一半 另一半:被测导体
被测导体的材料物理性质、尺寸、形状与传感器的特性密切相关。
被测导体的材料对传感器特性的影响
被测导体表面镀层对精度的影响
镀层的性质和厚度不均匀,在测量移动时,会出现干扰信号,影响测量
精度
随着激励频率的升高,电涡流的贯穿深度减小,这种干扰影响更大。
发射线圈L1和接收线圈L2分置于被测 金属板的上下方。 由于低频磁场集肤效应小,渗透深, 当低频(音频范围)电压u1加到线圈L1的 两端后,所产生磁力线的一部分透过金 属板,使线圈L2产生感应电动势u2。 由于涡流消耗部分磁场能量,使感 应电动势 u2 减少,当金属板越厚时, 损耗的能量越大,输出电动势 u2 越小。
传感器技术与应用第2版-部分习题答案
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第1章传感器特性习题答案:5.答:静特性是当输入量为常数或变化极慢时,传感器的输入输出特性,其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。
传感器的静特性由静特性曲线反映出来,静特性曲线由实际测绘中获得。
人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。
9.解:10. 解:11.解:带入数据拟合直线灵敏度 0.68,线性度±7% 。
,,,,,,13.解:此题与炉温实验的测试曲线类似:14.解:15.解:所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,16.答:dy/dx=1-0.00014x。
微分值在x<7143Pa时为正,x>7143Pa时为负,故不能使用。
17.答:⑴20。
C时,0~100ppm对应得电阻变化为250~350 kΩ。
V0在48.78~67.63mV之间变化。
⑵如果R2=10 MΩ,R3=250 kΩ,20。
C时,V0在0~18.85mV之间变化。
30。
C时V0在46.46mV(0ppm)~64.43mV(100ppm)之间变化。
⑶20。
C时,V0为0~18.85mV,30。
C时V0为0~17.79mV,如果零点不随温度变化,灵敏度约降低4.9%。
但相对(2)得情况来说有很大的改善。
18.答:感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1kΩ, VN=100代入,并保证单位一致,得:感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V第3章应变式传感器概述习题答案9. 答:(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变;应变片5、6、7、8感受纵向应变;满量程时:(3)10.答:敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差,可采用自补偿和线路补偿。
11.解:12.解:13.解:①是ΔR/R=2(Δl/l)。
因为电阻变化率是ΔR/R=0.001,所以Δl/l(应变)=0.0005=5*10-4。
传感器原理及应用-第4章-4.1变磁阻式电感传感器
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§4.1 变磁阻式电感传感器
一、变磁阻式传感器工作原理
变磁阻式传感器即自感式电感传感器:
利用线圈自感量的变化来实现测量的。
铁芯
传感器结构:线圈、铁芯和衔铁三部
线圈
分组成。
工作原理:铁芯和衔铁由导磁材料如
硅钢片或坡莫合金制成,在铁芯和衔铁之间 衔铁 有气隙,气隙厚度为δ,传感器的运动部分
与衔铁相连。当被测量变化时,使衔铁产生
3
差动变
2 截面式
4
§4.1 变磁阻式电感传感器
一、变磁阻式传感器工作原理 二、变磁阻式传感器基本类型 三、变截面式自感传感器输出特性 四、变间隙式自感传感器输出特性 五、差动式自感传感器 六、自感式传感器的等效电路 七、自感式传感器的测量电路
§4.1 变磁阻式电感传感器
六、自感式传感器的等效电路
L U L2
~
I
C
U
Z1
2
A
U 2
Z2
U 0
D
B
U o
Z2 Z1 Z1 Z2
U 2
Z Z
U 2
L U L2
当衔铁上下移动相同距 离时,电桥输出电压大小相 等而相位相反。
§4.1 变磁阻式电感传感器
七、自感式传感器的测量电路
2、变压器式交流电桥
§4.1 变磁阻式电感传感器
§4.1 变磁阻式电感传感器
五、差动式自感传感器
三种基本类型: 在实际使用中,常采用两个相同的传感线
圈共用一个衔铁,构成差动式自感传感器。
44
3
差动结构的特点:
(1)改善线性、提高灵敏度外;
(2)补偿温度变化、电源频率变化等的 影响,从而减少了外界影响造成的误差。
第4章 电感式传感器
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3
(d) 五节式
图4.12 差动变压器线圈各种排列形式 1 一次线圈;2 二次线圈;3 衔铁
三节式的零点电位较小,二节式比三节式灵敏度高、线性范 围大,四节式和五节式改善了传感器线性度。
2.2 工作原理
以三节式差动变压器为例,将两个匝数相等的次级绕组的 同名端反向串联,当初级绕组W1加以激磁电压时,根据变压器 的作用原理在两个次级绕组W2a和W2b中就会产生感应电势,如 果工艺上保证变压器结构完全对称,则当活动衔铁处于初始平 衡位置时,输出电压为零。
U1 U 2 j ( M 1 M 2 ) R1 jL1 其有效值为: (M1 M 2 )U1 U2 R12 (L1 ) 2
.
E 21 jM 1 I.1 . E 22 jM 2 I1
.
.
R1
M1
.
. U1 ~ M2
L21 L22 R22
U2
. ~ E22
(c)、(d) 螺线管式差动变压器
(e)、(f) 变面积式差动变压器
二次绕组
二次绕组 衔铁
一次绕组
图4.11 螺线管式差动变压器的结构示意图
螺管型差动变压器根据初、次级排列不同有二节式、三节 式、四节式和五节式等形式。 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2
2
(a) 二节式
3
(b) 三节式
2
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。
1.4 差动式自感传感器
由于线圈中通有交流励磁电流,因而衔铁始终承受电 池吸力,会引起振动和附加误差,而且非线性误差较大。 外界的干扰、电源电压频率的变化、温度的变化都会 使输出产生误差。
电感式传感器基本原理
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电感式传感器基本原理一、引言电感式传感器是一种基于电磁感应原理的传感器,可用于测量物理量如位移、压力、力等。
本文将介绍电感式传感器的基本原理。
二、电磁感应原理电磁感应是指当导体中存在相对运动的磁场时,会在导体中产生电动势。
这个现象是由英国物理学家迈克尔·法拉第在1831年首次发现的。
三、电感电感是指导体中存在变化的磁场时,在导体内部产生的自感现象。
它可以用下面的公式来表示:L = NΦ / I其中,L表示电感,N表示线圈匝数,Φ表示穿过线圈的磁通量,I表示通过线圈的电流。
四、电感式传感器基本结构一个典型的电感式传感器由一个可动铁芯和一个固定线圈组成。
当铁芯移动时,它会改变线圈中穿过它的磁通量,从而改变线圈中的自感。
这个变化可以通过测量线圈中产生的电压来确定铁芯位置或者其他物理量。
五、应用实例:位移传感器一个常见的应用实例就是位移传感器。
在这种情况下,传感器的可动铁芯与被测物体相连。
当被测物体移动时,铁芯也会移动,从而改变线圈中的自感。
这个变化可以通过测量线圈中产生的电压来确定被测物体的位置。
六、优缺点电感式传感器具有以下优点:1. 灵敏度高;2. 响应速度快;3. 可以在宽范围内工作。
但是它也有一些缺点:1. 由于需要一个可动部分,所以它比其他类型的传感器更容易损坏;2. 它对外部磁场比较敏感,可能会受到干扰。
七、总结本文介绍了电磁感应原理、电感、电感式传感器基本结构以及应用实例和优缺点。
通过了解这些知识,我们可以更好地理解和使用电感式传感器。
传感器原理及应用-第4章 - 4.2 差动变压器式电感传感器
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§4.2 差动变压器式电感传感器
二、变隙式差动变压器
2、变隙式差动变压器输出特性
在忽略铁损(即涡流与磁滞损耗 忽略不计)、漏感以及变压器次级开 路(或负载阻抗足够大)的条件下的 等效电路。 不考虑铁芯与衔铁中的磁阻影响 时,变隙式差动变压器输出电压为
b a W2 U U 2 b a W1 1
M
基本种类
有变隙式、变面积式和螺线管式等。 应用最多的是螺线管式差动变压器。
初1 级 线 圈
3
次 级 线 圈
2
4
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
二、变隙式差动变压器
三、差动变压器式传感器测量电路
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
1、螺线管式差动变压器结构与原理
U2 r1 L1
2 2
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
2、螺线管式差动变压器输出特性
U2
M a M b U 1
r1 L1
2 2
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
二、变隙式差动变压器
三、差动变压器式传感器测量电路
根据电磁感应原理有
E E 2a 2b
变压器两次级绕组反 向串联,则差动变压器输 出电压为零。
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
2、螺线管式差动变压器输出特性
当次级两绕组反向串 联、次级开路时差动变压 器输出电压为 差动变压器输出电动势的大小和相 位可知道衔铁位移的大小和方向。
二、变隙式差动变压器
2、变隙式差动变压器输出特性
《传感器与检测技术(第2版)》参考答案第4章 电感式传感器
![《传感器与检测技术(第2版)》参考答案第4章 电感式传感器](https://img.taocdn.com/s3/m/220c7852551810a6f52486bf.png)
第4章电感式传感器四、简答题 1、 答:工作原理:假设:初级绕组W 1a =W 1b =W 1,次级绕组和W 2a =W 2b =W 2。
两个初级绕组的同名端顺向串联,两个次级绕组的同名端则反相串联。
当没有位移时,衔铁C 处于初始平衡位置,它与两个铁芯的间隙有δa 0=δb 0=δ0,则绕组W 1a 和W 2a 间的互感M a 与绕组W 1b 和W 2b 的互感M b 相等,致使两个次级绕组的互感电势相等,即e 2a =e 2b 。
由于次级绕组反相串联,因此,差动变压器输出电压U o =e 2a -e 2b =0。
当被测体有位移时,与被测体相连的衔铁的位置将发生相应的变化,使δa ≠δb ,互感Ma≠M b ,两次级绕组的互感电势e 2a ≠e 2b ,输出电压U o =e 2a -e 2b ≠0,即差动变压器有电压输出, 此电压的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。
知识点:差动变隙式电感传感器2、答:变隙式电感传感器的输出特性与衔铁的活动位置、供电电源、线圈匝数、铁芯间隙iU Bo变隙式差动变压器结构有关。
知识点:变隙式电感传感器3、答:为改善变隙式电感传感器的非线性可采用差动结构。
如果变压器的供电电源稳定,则传感器具有稳定的输出特性;另外,电源幅值的适当提高可以提高灵敏度,但要以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。
增加次级线圈和初级线圈的匝数比值和减小铁芯间隙都能使灵敏度提高。
知识点:变隙式电感传感器4、答:差动变压器式传感器主要有变隙式差动传感器和螺线管式差动变压器两种结构形式。
差动变压器式传感器根据输出电压的大小和极性可以反映出被测物体位移的大小和方向。
螺线管式差动变压器如采用差动整流电路,可消除零点残余电压,根据输出电压的符号可判断衔铁的位置,但不能判断运动的方向;如配用相敏检波电路,可判断位移的大小和方向。
知识点:差动变压器式传感器5、答:零点残余电压的产生原因:传感器的两次极绕组的电气参数与几何尺寸不对称,导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同,构成了零点残余电压的基波;由于磁性材料磁化曲线的非线性(磁饱和,磁滞),产生了零点残余电压的高次谐波(主要是三次谐波)。
04电感式传感器
![04电感式传感器](https://img.taocdn.com/s3/m/630956b6b9d528ea81c77970.png)
三、电感式传感器的应用
2.力和压力测量
图2-41是差动变压器式力传感器。当力作用于传感器时,弹 性元件产生变形,从而导致衔铁相对线圈移动。线圈电感的 变化通过测最电路转换为输出电压,其大小反映了受力的大 小。
三、电感式传感器的应用
2.力和压力测量
差动变压器与膜片、膜盒和弹簧管等相结合,可以组成压力 传感器。图2-42是微压力传感器结构示意图。在无压力作用 时,膜盒在初始状态,与膜盒连接的衔铁位于差动变压器线 圈的中心。当压力输入膜盒后,膜盒的自由端产生位移并带 动衔铁移动,差动变压器产生一正比于压力的输出电压
二、差动变压器式传感器
1.工作原理
零点残余电动势的存在,使得传感器的输出特性在零点附近 不灵敏,给测量带来误差,此值的大小是衡量差动变压器性 能好坏的重要指标
二、差动变压器式传感器
1.工作原理
为了减小零点残余电动势可采取以下方法: ①尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数和磁路的对称。 磁性材料要经过处理,消除内部的残余应力,使其性能均匀 稳定。 ②选用合适的测量电路,如采用相敏整流电路,既可判别衔 铁移动方向又可改善输出特性,减小零点残余电动势。
它的主要缺点是响应较慢,不宜于快速动态测量,而且传 感器的分辨率与测量范围有关,测量范嗣大.分辨率低:反之 则高。
第三节、电感式传感器
电感式传感器种类很多,一般分为自感式和互感式两大类。 人们习惯上讲电感式传感器通常指自感式传感器,而互感式传 感器由于是利用变压器原理,又往往做成差动式,故常称为差 动变压器式传感器。因为电涡流也是一种电磁感应现象,所以 也将电涡流传感器列入本节。
三、电感式传感器的应用
3.振动和加速度的测量
图2-43为测量振动与加速度的电感传感器结构图,衔铁受振 动和加速度的作用,使弹簧受力变形,与弹簧连接的衔铁的 位移大小反映了振动的幅度和频率以及加速度的大小电压
2023大学_传感器原理及应用(王化祥著)课后答案下载
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2023传感器原理及应用(王化祥著)课后答案下载2023传感器原理及应用(王化祥著)课后答案下载前言绪论第一章传感器及其基本特性第一节传感器的定义、组成及分类第二节传感器的基本特性__小结习题与思考题第二章电阻应变式传感器第一节应变式传感器第二节应变式传感器的测量电路第三节压阻式传感器第四节应变式传感器的应用__小结习题与思考题第三章电容式传感器第一节电容式传感器的'工作原理与类型第二节电容式传感器的测量电路第三节电容式传感器的误差分析及补偿第四节电容式传感器的应用__小结习题与思考题第四章电感式传感器第一节自感式传感器第二节差动变压器式传感器第三节电涡流式传感器__小结习题与思考题第五章压电式传感器第一节压电效应与压电材料第二节压电传感器的等效电路和测量电路第三节引起/玉,E9式传感器测量误差的因素第四节压电传感器的应用__小结习题与思考题第一节磁电感应式传感器第二节霍尔传感器第三节磁敏电阻器第四节磁敏二极管和磁敏三极管第五节磁电传感器的应用__小结习题与思考题第七章热电式传感器第一节热电偶传感器第二节热电阻式传感器第三节半导体式热敏电阻第四节热电式传感器的应用__小结习题与思考题第八章光电传感器第一节光电效应第二节光电器件及其特性第三节红外传感器__小结习题与思考题第九章常用其他新型传感器第一节气体传感器第二节湿敏传感器第三节超声传感器第四节超导传感器第五节仿生传感器__小结习题与思考题第十章智能传感器第一节智能传感器概述第二节智能传感器的实现方式第三节智能传感器的应用第四节智能传感器的发展方向本?小结习题与思考题……第十一章传感器的标定与选用传感器原理及应用(王化祥著):基本信息点击此处下载传感器原理及应用(王化祥著)课后答案传感器原理及应用(王化祥著):目录作者:王桂荣,李宪芝主编出版社:中国电力出版社版次:1字数:500000印刷时间:-5-1ISBN:9787512304109。
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负半周
U o U 24 U 86 U 24 U 68
20
U o U ab U cd
① 当衔铁在中间位置时,
U ab U cd ,U o 0
② 当衔铁向上移动时,
U ab U cd ,U o 0
③ 当衔铁向下移动时,
D
B
Z1 Z 2 Z 衔铁下移 Z 2 Z Z
初始位置
UAB 0 Z 1 Z Z
UAC ( Z Z ) ( Z Z ) UAB 2 ( Z Z ) ( Z Z )
UAC Z UAC jL UAC L 2 Z 2 R 0 jL0 2 L0
29
截面型传感器往往要和仪器电箱配合使用,不
易互换,而螺管传感器较能保证其特性大体一 致,这对装配、调试、使用都带来方便,尤其 在使用两个(和差测量)或多个(多点测量) 传感器时,这一点更为重要。螺管型传感器的 线圈形状对其线性度及稳定度有较大影响,要 求线圈骨架的形状及尺寸稳定不变,线圈绕制 要均匀一致,这一点在设计制造时要加以注意。 由于具有上述优点,而灵敏度低的问题可在放 大电路方面加以解决,目前螺管型传感器的应 用越来越多。
忽略高次项:S 2 L 0 0 单个线圈
( r1
提高一倍 差动式
2( r 2
0
)
2
100%
0
100%
0 0
)3 100% (
0
) 2 100%
10
0
3、测量电路
1、交流电桥式测量电路
UAC Z U0 2 Z UAC jL UAC L 2 R 0 jL 0 2 L0
25
e21和e22
衔铁在中间位置 时两次级电势数 值
'' '' ' ' e21和e22 、e21和e22
衔铁正反向偏离中间 位置时,两次级输出 电势值
e 和e
' 2
'' 2
两次级绕组相位相差不等 于180º 时的差动输出电压
合成后次级输出的空载 电压
26
消除零点残余电压可采用的方法
(1)从设计和工艺上保证结构对称性 (2)选用合适的测量线路
Uo
( M 1 M 2)U i
R p 2 ( Lp ) 2
(1)衔铁位于中间位置时, M 1 M 2, U 1 U 2, U o 0
Ui U o j ( M 1 M 2) R p j Lp
Ui U 1 U 2 j M R p j Lp MU i 1 || U 2 | E 0 | U R p 2 ( Lp ) 2
式中 Q L / Rs
当 Q 1
QP
LP
RP
(1 2 LC )Q
电感相对变化 dLP 1 dL LP 1 2 LC L
6
三、变气隙式电感传感器输出 特性
L
0 AN 2 L0 2 0
L
衔铁下移
, 0
0 AN 2 0 AN 2 L1 L1 L0 2( 0 ) 2 0 0 AN 2 2 0 2( 0 ) 1 2 0
L 2 当 1时, ...... L0 0 0 0 0
2 3
忽略高次项:
L 2
L0
0
8
四、差动自感传感器 1.结构和工作原理 上下两个磁体的几何尺寸、材料、电气参数完全一致。 初始状态电桥平衡,衔铁上下移动时,两只电感线圈 的电感量不一样,电桥不平衡,输出电压。
L0 0 L1 1 ( ) L 0 0 1 0 0
L
0
7
L1 当 1时, ...... L0 0 0 0 0
9
2、输出特性
衔铁下移:
2 3 L1 L 0 1 ...... 0 0 0
2 3 L 2 L 0 1 ...... 0 0 0 3 5 L L 2 L1 2 L 0 ...... 0 0 0
16
(2)当衔铁上移时, 1 M M
M , M 2 M M
2MU i U o j R p j L p
U o | U o |
(3)当衔铁下移时,
M 2E 0 2 2 M R p ( Lp )
2MU i
M 1 M M , M 2 M M
A
4
二、等效电路
1.铜损电阻
RC
4 c Nlcp
d2
2.涡流损耗电阻
t t cosh( ) cos( ) h h . 2h . L Re t t sinh( ) sin( ) t h h
i h i h—涡流的“穿透深度”,可用 f 表示, 为 导磁体材料的电阻率。当涡流穿透深度小于薄片厚度
D1:U1 U 2 i1
U1与U2同相
U1与U2反相?
23
(2)集成化相敏检波电路
特点:结构简单、灵敏度高、 线性度好、测量范围宽 测量范围:±2mm ~ ±200mm
测量精度:0.2% ~ 0.3%
24
四、误差因素分析 1. 激励电压的幅值与频率的影响。 2. 温度变化的影响。 3. 零点残余电压。 零点残余电压包括(1) 基波正交分量(2)基 波同相成分(3)二次 谐波 (4)三次谐 波 (5)电磁干扰 波
一、结构和工作原理
当衔铁在中间位置时, M 1 M 2, U 1 U 2, U 0 o
当衔铁向上移动时,
当衔铁向下移动时,
Uo U 1 U 2
M 1 M 2, U 1 U 2, U o 0
M 1 M 2, U 1 U 2, U o 0
14
1
x
3
Uz
2
4
二、等效电路 Ui Ip R p j Lp
U 1 j M 1I p
U 2 jM 2 I p
15
Uo U 1 U 2
j (M 1 M 2) I p
Ui j ( M 1 M 2) R p j Lp
30
第三节 电涡流式传感器
电涡流式传感器
高频反射式
低频透射式
金属导体: 电阻率、相对导磁率、厚度 大小 线圈: 线圈激励信号频率 h 5000
rf
31线圈与Leabharlann 属导体间的距离一、基本原理
高频反射式电涡流传感器结构
CZF1型涡流传感器
32
涡流区和线圈几何尺寸关系
2 R 1.39 D 2r 0.525D
(3)采用补偿线路 调相位式残余 电压补偿电路
27
电位器调零点残 余电压补偿电路
R或L补偿电路
28
把上述三种类型比较一下,气隙型自感传感器
灵敏度高,因为原始气隙一般取得很小,它的 主要缺点是:非线性严重,为了限制非线性误 差,示值范围只能较小;它的自由行程小,因 为衔铁在运动方向上受到铁心限制;制造装配 困难。由于这些原因,近年来这种类型的使用 逐渐减少,不过在一些特殊场合下还使用。 截面型自感传感器灵敏度较低。截面型的优点 是具有较好的线性,因而示值范围可取大些, 自由行程可按需要按排,制造装配也较方便。 螺管型自感传感器的灵敏度比截面型的更低, 但示值范围大,线性也较好,同时还具备自由 行程可任意按排、制造装配方便等优点。此外。 螺管型与截面型相比,批量生产中的互换性好。
的一半时,上式可简化为
6 Re L 2 (t / h)
将以上等式整理可得
6 i AN Re 2 t
2
5
3.并联寄生电容
总等效损耗电阻 Rs RC Re
串联等效阻抗
( Rs j L)
Z Rs j L
考虑并联电容C时,等效阻抗为
1 Rs L[(1 2 LC ) 2 LC / Q 2 ] jC ZP j 2 2 2 2 1 (1 LC ) ( LC / Q) (1 2 LC ) 2 ( 2 LC / Q) 2 ( Rs j L) jC
U ab U cd ,U o 0
21
2、相敏检波电路 (1)二极管相敏检波电路
U1 0 U1 0
正半周
D4:U1 U 2
D3:U 2 U1
U1与U 2同相
负半周
i 4 iM i3
iM
22
U1与U 2反相 iM
D2:U 2 U1 i 2
2 3
忽略高次项: L1
L0
0
L L0 S 0
动态测量范围:0.001 ~ 1mm 衔铁上移
, 0
0 AN 2 0 AN 2 L0 L 2 L 2 L0 0 2( 0 ) 2 0
差动自感传感器:
0 0 UAC U 0
11
L 2 L 0
2、变压器式交流电桥
C
UAC 2 UAC 2
Z2 UAC UAB UA UB UAC Z1 Z 2 2
A
UAC Z 2 Z 1 2 Z1 Z 2