4电感式传感器
电感式传感器PPT课件
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
传感课后习题
传感课后习题1、比较结构型传感器和物性型传感器。
2、举例说明传感器在家用电器中的应用。
3-1.电阻应变片的直接测量(敏感)量是什么?如何利用电阻应变片构成测力传感器的加速度传感器?3-2.金属丝型电阻应变片与半导体电阻应变片的异同点。
3-3.什么是金属的电阻应变效应?利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。
金属应变片灵敏系数的物理意义是什么?3-4举例说明用应变片进行测量时为什么要温度补偿?常采用的温度补偿方法有哪几种?3-5.应变片传感器的测量电桥(直流)按应变片的工作方式和数量的不同,一般有哪几种类型?各有何特点?3-6.交、直流电桥的平衡条件是什么?简述直流电桥和交流电桥的异同点。
3-7.应变效应和压阻效应二者有何不同?电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别?各有何优缺点?3-8.什么是半导体的压阻效应?半导体应变片灵敏系数有何特点?3-9.简要说明应变测量中信号转变的历程。
3-10.用图表示一由等强度梁来做一荷重(测力)传感器,以四片应变片R1=R2=R3=R4作变换元件组成全桥形式,其供桥电压为6V,问:a)其应变片如何粘贴组成全桥比较合理?画出应变片布置图及桥路连接图b)求其电压输出值(K1=K2=K3=K4=2.0)。
3-11.R1、R2是性能完全相同的两个应变片,R为R1、R2同阻值的无感电阻,若按题11图方式布片,试问:(1)测拉力但不受弯矩影响应如何构成测量桥路。
(2)欲测其弯矩而不受拉力的影响,应如何接桥。
(3)上述两种接桥方式中,是否有温度补偿作用。
3-12.两金属片和阻值均为120,灵敏系数K=2,两应变片一个受拉、另一个受压,应变均为800某10-6ε。
两者接入差动直流电桥,电源电压u=6V。
求:(1)R和R/R;uo(2)电桥输出电压3-13.一个电阻值为250Ω的电阻应变片,当感受到应变为1.5104时,其阻值变化为0.15Ω,问这个电阻应变片的灵敏度系数是多少?3-14.将100Ω的一个应变计粘贴在低碳钢制的拉伸试件上,若试件的等截面积为0.5某10-4m2,低碳钢的弹性模量E=200某109N/m2,由50kN的拉力所引起的应变计电阻变化为1Ω,试求该应变计的灵敏系数。
传感器技术期末考试试卷
传感器技术期末考试试卷(A)一、名词解释(每题4分,共20分)1. 传感器:(传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的另一种量的测量装置)(能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成)2. 电位器式传感器:(是一种将机械位移转换成电信号的机电转换元件,,又可做分压器用的测量装置)3. 电容式传感器:(将被测量(如压力、尺寸等)的变化转换成电容量变化的一种传感器)4. 霍尔传感器:(是利用霍尔元件的霍尔效应制作的半导体磁敏传感器)5. 测量:(是将被测量与同性质的标准量通过专门的技术和设备进行比较,获得被测量对比该标准量的倍数,从而在量值上给出被测量的大小和符号)二、填空题(每空1分,共20分)1. 电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化,从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现信号测量的装置。
2.压电式传感器元件是力敏元件,它能测量最终能变换为力的那些物理量是:应力、压力、加速度等。
3.压电陶瓷是人工制造的多晶体,由无数细微的电畴组成。
4.测定温度传感器通常是用热电偶、热电阻及热敏电阻三种。
5. 电涡流式传感器是根据电涡流效应制成的。
6.在光线作用下,半导体的电导率增加的现象称为光电效应。
7.功能型光纤传感器分为:相位调制型传感器、光强调制型传感器和偏振态调制型传感器三种类型。
8.直接测量的方法通常有三种方法,即:偏差法、零位法和微差法。
9. 电位器式传感器是一种将机械位移转换成电信号的机电转换元件,又可做分压器用的测量装置三、简答题(每题10分,共30分)1. 按传感器的工作原理分类有哪些?(1)电学式传感器;(2)磁学式传感器;(3)光电式传感器;(4)电势型传感器;(5)电荷式传感器;(6)半导体传感器;(7)谐振式传感器;(8)电化学式传感器等。
2. 应变片有哪几部分组成?其核心部分是什么?电阻应变片的构造一般由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。
传感器与传感器技术
传感器与传感器技术传感器与传感器技术一、什么是传感器?传感器是将非电信号(如声波、温度、压力等)转换成电信号的装置。
其基本原理是根据被测试物体的物理量或化学量的变化,将其转换为容易处理的或易于传输的电信号。
传感器是信息采集的第一环节,常被广泛应用于工业自动化控制、环境监测、医疗诊断、生物信息处理等领域。
二、传感器的特点(1)高精度:传感器可以进行微小量的测量,具有极高的精度和稳定性。
(2)多功能:传感器可以测量多种参数,如温度、压力、速度、加速度、力量、角度、位置等多个物理量。
(3)自动化和数字化:传感器可以通过电信号自动地进行信息采集和处理,其数字化输出能够直接送入计算机进行处理。
(4)小型化:传感器的小型化意味着其可以用于空间受限的场合,如迷你机器人、微型医疗器械等。
(5)易于集成:传感器可以与其他设备或系统集成,实现联动,促进智能化。
三、传感器的分类1. 按测量物理量类型分类(1)力学量传感器:用于测量压力、力量、转矩、位移、加速度等力学量。
(2)热学量传感器:用于测量温度、热流量、热导率等热学量。
(3)光学量传感器:用于测量光强、颜色、位置、形状等光学量。
(4)电学量传感器:用于测量电压、电流、电阻、电容等电学量。
(5)化学量传感器:用于测量气体、液体、固体等化学物质的成分、浓度、电位等化学量。
2. 按测量原理分类(1)电阻式传感器:通过测量电阻值变化微小量的大小,来确定被测量电信号的变化。
(2)电容式传感器:通过测量电容值随电信号变化的微小量的大小,来确定被测量物理量的变化。
(3)电感式传感器:通过测量电感值随电信号变化的微小量的大小,来确定被测量物理量的变化。
(4)电势式传感器:通过数量观测放电电势变化是担当物理量变化信息的一种电势式传感器。
(5)功率式传感器:通过测量功率大小来确定被测量信号的变化。
四、传感器的应用1. 工业自动化:工厂生产线中的温度、压力、流量等参数监测和控制。
2. 环境监测:气象、水质、噪声、辐射等物理量的监测。
电感式传感器4-1
§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)
电感式传感器的定义和分类
电感式传感器的定义
电感式传感器——利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量的输出。
电感式传感器的分类
(1)变磁阻式传感器——自感式
(2)差动变压器式传感器——互感式
(3)电涡流式传感器——电涡流式
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电感式传感器原理
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。
电感式传感器30295
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
.
.
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
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
§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
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。
电感式传感器的工作原理
电感式传感器的工作原理
电感式传感器是一种利用感应电磁场强度变化来测量物理量的传感器。
其工作原理基于法拉第电磁感应定律,即当磁场通过一个线圈时,线圈中的电流会发生变化。
电感式传感器由一个线圈和一个磁环组成。
当线圈通电时,会产生一个磁场,磁场的强度与通电电流成正比。
当有感应物体靠近磁环时,感应物体会改变磁环周围的磁场分布,进而影响到线圈中的电流。
根据法拉第电磁感应定律,线圈中的电流变化会导致感应电动势的变化。
通过测量感应电动势的变化,可以间接得到感应物体与传感器之间的相对位移、速度或位置等物理量。
具体来说,当感应物体靠近磁环时,感应物体的磁导率和磁阻率会改变,从而改变了磁场的分布。
这种磁场的变化会引起线圈中的感应电动势变化。
通过测量感应电动势的变化,可以得到感应物体的位置或其他物理量。
由于感应电动势与感应物体之间的距离、速度或位置等有关,因此电感式传感器可以用来测量这些物理量。
总之,电感式传感器利用感应电磁场强度变化来测量物理量。
当有感应物体靠近时,感应物体改变了磁场的分布,从而导致线圈中的感应电动势变化。
通过测量感应电动势的变化,可以间接测量感应物体与传感器之间的相对位移、速度或位置等物理量。
电感式传感器基本原理
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
§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
电感式传感器的特点是什么
电感式传感器的特点
(1)结构简单,传感器无活动电触点,因此工作可靠寿命长。
(2)灵敏度和分辨力高,能测出0.01微米的位移变化。
传感器的输出信号强,电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。
(3)线性度和重复性都比较好,在一定位移范围(几十微米至数毫米)内,传感器非线性误差可达0.05%~0.1%。
同时,这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,它在工业自动控制系统中广泛被采用。
但不足的是,它有频率响应较低,不宜快速动态测控等缺点。
电感式传感器种类很多,常见的有自感式,互感式和涡流式三种。
传感器复习题
《传感器技术及应用》复习题*试题的类型为:填空、选择、问答及计算题四种类型。
一、填空题(每个空格1分,约占25—-30分)1。
GB/T7665-2005对传感器的定义是。
2。
按照工作机理可以把传感器分为、和三大类。
物理型传感器可以分为和传感器。
3。
按照信息的传递方式可以把传感器分为和传感器.4。
传感器的基本特性是指传感器的和之间关系的特性,一般分为和两大类。
5. 传感器的静态特性是指对于静态的输入信号,传感器的与之间所具有的相互关系。
6. 传感器所能测量的最大被测量(即输入量的数值)称为,最小的被测量则称为,而用这两个数值表示的测量区间,则称为。
7. 在相同工作条件下,传感器进行全测量范围测量时,正行程和反行程输出的不重合程度称为或。
8。
用以描述传感器可以感受到的被测量最小变化的能力。
9. 将传感器的输入量设定在某个值,测量出相应的输出值,使环境温度上升或下降一定间隔,若输出值发生变化,说明传感器具有。
10. 当传感器的随时间变化时,其的响应特性就是传感器的。
11。
温度传感器也叫做,是一种的装置。
12. 利用感温材料,把测量温度变化转化为测量电阻的测温系统,主要有和两大类。
13。
热电阻温度计的测量电路一般采用精度较高的电桥电路,为消除连接导线电阻随环境温度变化而造成的测量误差,常采用和连接法。
14. 热敏电阻一般分为三种类型:热敏电阻、热敏电阻和热敏电阻。
15。
利用两种不同的金属连接在一起,当结点处温度变化时,另两端产生电势变化的原理制成的传感器称为。
16. 热电效应产生的电势是由效应和效应引起的.17. 珀尔贴效应产生电势,汤姆逊效应产生电势。
18. 光敏传感器又称为,是的装置。
19。
按照工作原理将光敏传感器分为四类:、、和,其中,是惟一的有光源光敏传感器。
20。
光敏电阻是利用光敏材料的效应制成的光电元件。
21. 光电池属于效应器件。
22。
CCD是指器件。
23. 电阻应变计也称。
按照敏感栅所用材料可以分为和两种。
电感式振动传感器原理
电感式振动传感器原理
电感式振动传感器是一种测量物体振动的传感器,它基于电磁感应原理工作。
传感器通常包括一个线圈和一个磁性质量块。
当受测物体振动时,磁性质量块也会跟随振动。
这个磁性质量块的运动会改变线圈中的磁通量,从而在线圈中产生感应电动势。
这个感应电动势的大小与振动的幅度成正比,因此可以通过测量感应电动势的大小来确定受测物体的振动情况。
电感式振动传感器的工作原理可以从以下几个方面来解释:
1. 电磁感应原理,根据法拉第电磁感应定律,当磁通量发生变化时,会在线圈中产生感应电动势。
因此,当磁性质量块随着振动而改变位置时,线圈中的磁通量也会发生变化,从而产生感应电动势。
2. 振动传感器的灵敏度,振动的幅度越大,磁性质量块的运动速度就越快,从而导致线圈中的磁通量变化越大,产生的感应电动势也越大。
因此,振动传感器的灵敏度可以通过测量感应电动势的大小来确定。
3. 频率响应特性,除了振动的幅度外,振动传感器还可以对振动的频率进行响应。
不同频率的振动会导致磁性质量块以不同的速度运动,从而在线圈中产生不同大小的感应电动势。
总的来说,电感式振动传感器利用电磁感应原理来测量受测物体的振动情况,通过测量感应电动势的大小和频率来确定振动的幅度和频率,具有灵敏度高、响应快等特点,因此在工业生产和科学研究中得到广泛应用。
FA12-4LA电感式接近传感器
/
FA12-4LA电感式接近传感器
接近开关是一种具有开关量输出的位置传感器。
它有行程开关,微动开关的特性,同时又具有传感器性能,可与微机联网达到自动控制目的,也可直接驱动断电器,计数器及接触器。
并且工作频率高,使用寿命长,抗干扰性能好,复位精度高,输出形式多,防水,防震,防爆,防尘,耐腐蚀,耐高温,耐低温,等十多个系列,一千多种型号等特点,广泛应用于机械,纺织,轻工,冶金,包装,烟草,造纸,矿山,铁路,军工等行业。
产品技术参数
接近开关分为,电感式,电容式,光电式,直流,交流。
NPN常开+常闭,PNP常开+常闭。
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2014-7-4
(4) 差动变面积型(自感)传感器
ΔS W 2μ 0 S0 ΔS L1 L0 ΔL1 L0 1 2δ0 S 0 ΔS W 2μ 0 S0 ΔS L1 L0 ΔL2 L0 1 2δ0 S 0
6
2014-7-4
在
2 Rm RF R 0 r S 0S l
中
l1 2 一般情况下: 0S 1S
l2 2 0S 2S
2 Rm 0 S0
∴ 要改变L
2014-7-4
0 S0W L 2
2
δ 气隙厚度 ——变气隙 S0 气隙截面积 ——变面积 μ0 气隙导磁率 ——螺旋管
X
W Wx x l
∴
μ r 1μ 0 Wx2S c μ r 1μ 0 W 2 πrc2 ΔL x
x l2
联系L0和 L表达式得
rc2 x ΔL μ r 1 2 L0 r l
16
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单一式
线圈沿轴向位置移动
rc2 x L L 0 ΔL L 0 1 (μ r 1) 2 r l
2014-7-4
2MU1
2 1
r L1
2
同极性 与E 2b
34
频率特性
根据 :
U2
2MU 1
2 1
r L1
ω
2
①当激励频率过低时
r1
L
1
M U 2 2U1 r1
灵敏度随频率增加而增加
灵敏度 (mV /mm)
激 励 频 率 (Hz)
2014-7-4 35
L L0 1 K 0
δ 0-Δδ
2014-7-4
δ0
δ 0+Δδ
δ
10
由此可见 , 变气隙式电感传感器的测量范 围与灵敏度及线性度相矛盾 , 所以变隙式 电感传感器用于测量微小位移时是比较精 确的。为了减小非线性误差 , 实际测量中 广泛采用差动变气隙式电感传感器。
2014-7-4
ΔS ΔL ΔL1 ΔL2 2 L0 S0 ΔL L0 2 K ΔS S 0
14
差动式
δ2
1
Δa
差动式变截面积型
2014-7-4
(5) 螺旋型自感传感器
2 2rc
x
假设线圈的长径比L/r>>1 线圈内部的磁场认为是均匀的
3
l
r 1 则空心线圈的电感:
1—螺管线圈 2—外套 3—柱状衔铁
l1 l2 2 Rm 1 S1 2 S2 0 S
RF
R
当
l l1 l2
S1 S2 S
1 2 0 r
时
l1 l2 l RF 1S1 2 S2 0 r S
所以:
2 Rm RF R 0 r S 0S l
x 时: x1 x0 x, x2 x0 x
( r 1) 0W p rc 2 x L1 L 2 l l
2 2
三种自感传感器的比较
变面积式、螺旋式传感器线性度好,示值范围大
变气隙式传感器非线性强,示值范围小
变气隙式传感器灵敏度高,螺旋式传感器最低 螺旋式比变面积式传感器互换性好
差动式
x0
l
2
x0
l
1
令衔铁处于线圈1,2的中间位置
r
rc
3
rc 2 x1 L1 [1 ( r 1 ) ( ) ] l r l 0W 2p r 2 rc 2 x 2 L2 [1 ( r 1 ) ( ) ] l r l
17
0W 2p r 2
2014-7-4
当衔铁处于中间位置时,x1=x2=x0 ,L1=L2 若偏离中心位置
2014-7-4 8
灵敏度:
ΔL L 0 1 K Δδ δ0
同理 (ii)当衔铁上移
δ δ0 Δδ
Δδ L0 L Δδ 1 δ0
2 )( ) ......] ∴ L L0 [ 1 ( 0 0
2014-7-4 9
灵敏度:
L
L0+ΔL L0 L0-ΔL
7
2、输出特性
(1) 变气隙式(自感)传感器
(i)当衔铁下移:
0
2
Δδ
0 A0 N L0 L L0 L 2( 0 ) 1
0
2 L L0 [ 1 ( )( ) ......] 0 0 当 1 L L0 L L0 0 0
μ 0SW2 μ 0 πr 2 W 2 L0 l l
其中:l—线圈的长度,
r—线圈的半径
W—线圈的匝数
2014-7-4 15
插入后其覆盖的那部分线圈局部电感增大,据推导
μ r 1μ 0 Wx2S c ΔL
x
式中
2 p r SC:衔铁面积 c
W :覆盖线圈匝数 x:衔铁插入线圈的长度
传
感 器
按线圈组成方式 互感式传感器 单一式,差动式
种
类
电涡流式传感器
2014-7-4
2
电感传感器的基本工作原理演示
F
准备工作
220V
2014-7-4
3
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
2014-7-4 4
一 自感式传感器 (变磁阻式传感器)
1、工作原理
单一式
1 2
δ
由
U2
2MU 1
2 1
r L1
ω
2
②当激励频率增加
r1
L
1
M U 2 2U1 L1
灵敏度 (mV /mm)
在一定工作范围内输出电压与频率无关
2014-7-4
激 励 频 率 (Hz)
36
由
U2
2MU 1
2 1
r L1
2
③当激励频率继续11
(2) 差动变气隙式(自感)传感器
2 4 L L1 L2 2L0 [1 ( ) ( ) ...] 0 0 0
ΔL 灵敏度: K 0 L 0 2 Δδ δ 0
结论:
ΔL Δδ 2 L0 δ0
L1
L2
差动式传感器结构图
① 差动式比单线圈式的灵敏度高一倍。 ② 差动式的非线性项等于单线圈非线性 项乘以(Δδ/δ0 )因子 , 线性度得到 明显改善。
与电源频率相同,而幅值
随着电感 L 而变化。关系曲 线 表 明, 其 中 L0 为 谐 振点 的电感值,此电路灵敏度 很高,但线性差,适用于
线性要求不高的场合。
2014-7-4 26
调频电路的基本原理 是传感器电感 L 变化将引
起输出电压频率的变化。
一般是把传感器电感 L 和 电容 C 接入一个振荡回路 中。当 L 变化时,振荡频 率随之变化,根据 f 的大
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32
2、输出特性
U 1 I 1 r1 jL1
M1
jM I E 2a 1 1 jM I E 2b 2 1
传感器的 输出电压
M2
j M M U 1 2 1 E E U 2 2a 2b r1 jL1 M 1 M 2 U1 U2 2 2 r1 L1
2014-7-4
20
对于高品质因数Q值(ωL>>R)的差动式电感传感器, 其输出电压为:
Z Z U Z Z U 1 2 1 2 U0 L1 L2 2 Z1 Z 2 2 Z1 Z 2
将ΔL=2L0(Δδ/δ0)代得出: 电桥输出电压与Δδ成正比
2014-7-4 21
受导线趋肤效应、铁 损的影响,特性下降
激 励 频 率 (Hz)
2014-7-4 37
3、测量电路
差动变压器输出的是交流电压, 若用交 流电压表测量, 只能反映衔铁位移的大 小, 而不能反映移动方向。 其测量值中将包含零点残余电压。 为了达到能辨别移动方向及消除零点残 余电压的目的, 实际测量时, 常常采用 差动整流电路和相敏检波电路。
2014-7-4
12
(3) 变面积型(自感)传感器
忽略RF
单一式
δ
μ 0S 0 W 2 初始电感: L 0 2δ 0 S S0 ΔS μ 0 S0 ΔSW2 L 2δ0
1
2
3
Δa
ΔS L0 1 S
ΔL L 0 1 K ΔS S0
13
单一式变面积型
输出电压的大小和极性反映了被测体位移的大小和方向。
2014-7-4 30
理论特性曲线
实际特性曲线
零点残余电压 Δ U0
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31
实际上, 当衔铁位于中心位置时, 差动变 压器输出电压并不等于零, 我们把差动 变压器在零位移时的输出电压称为零点残 余电压。 零点残余电压主要是由传感器的两次级绕 组的电气参数与几何尺寸不对称,以及磁 性材料的非线性(铁磁饱和、磁滞损耗) 等问题引起的。 零点残余电压一般在几十毫伏以下,在实 际使用时,应设法减小。
第四章
电感式传感器
原理:利用电磁感应原理——磁路磁阻的变化,
引起传感器线圈的电感(自感或互感)的变 化。
输出功率大 分辨力较高
优点
结构简单可靠 对工作环境要求不高
输出阻抗小
抗干扰能力强 缺点
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稳定性好
频率响应低 不宜于快速动态测量