电感式位移传感器

1S1
l2
2 S 2
Rm
2 0S0
LW2 W20S0 Rm 2
分为变气隙厚度δ的传感器和变气隙面积δ的传感器。
目前使用最广泛的是精变选课气件隙厚度式电感传感器
5
4.1.2
L与δ之间是非线性关系， 特性曲线如所示。
LW2 W20S0
L
Rm 2
L0＋L
L0 L0－L
o － ＋
变隙式电压传感器的L-δ特性
a a
W W12Ui
分如析果. ：被当测衔体铁带处动于衔初铁始移平动衡，位例置如时向，上因移δ动a=Δδδb（=δ假0，设则向U上o=移0动。为但正是）
时，则有δa=δ0-Δδ，Uδob=δ0+Δδ，W W代12 入U0上i 式可得
A Ii
1
U1
1
2
Ui
a
b
W1a C
W2a
e2a
Uo
W1b
W2b
e2b
2
U2
B
(a)
(b)
精选课件
26
2. 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,等效电路如下。 图中r1a与L1a , r1b与L1b , r2a与L2a , r2b与L2b，分
精选课件
8
与
• 衔铁上移
K0
– 切线斜率变大
L
L
K L00＋LL0 101 0 0 2
• 衔铁下移
L0
– 切线斜率变小
L0－L
L
K0Lo0 10－1－ 0 ＋ 02－
精选课件
9
为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变 隙式电感传感器。
1
2
L1
3 L2
2 1
Ro
U s
U o
Ro
1—铁 芯 ； 2—线 圈 ； 3—衔 铁
精选课件
3
4.1 变磁阻式传感器
4.1.1 工作原理
l1 S1
1 L
2 W
l2
S2
3
±
变磁阻式传感器
精选课件
1—线 圈 ； 2—铁 芯 (定 铁 芯 )； 3—衔 铁 (动 铁 芯 )
4
Rml11S1l22S220S0
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即
2 0S0 2 0S0
l1
别为W1a , W1b , W2a, W2b绕阻的直流电阻与电感。
Ma
r1a
r2a
＋
E2b
L1a
L2a
＋ U o
U i
Mb
r2b
－
E2a
L1b
－
r1b
L2b
精选课件
RL
27
当r1a<<ωL1a，r1b<<ωL1b时，不考虑铁芯与衔铁中的磁阻影响，
变隙式差动变压器输出电压Uo的表达式， .
Uo
b b
精选课件
12
3.
(1) 变压器电路
C ＋U
U
－2
＋U
－2 D
Z1
＋A Z2 U o
－ B
UoZ1Z 2Z2U1 2UZ Z1 2 Z Z2 1U 2
使用元件少，输出精阻选课抗件 小, 获得广泛应用 13
当传感器衔铁上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ，
UoZZU 2 LLU 2
当传感器衔铁下移：如Z1=Z－ΔZ，Z2=Z+ΔZ， 此时
总灵敏度 kzktkcu0/Δx
精选课件
20
气隙型、变压器电桥 传感器
kz10
(L)2 R2 (L)2
u 2
第一项决定于传感器的类型
第二项决定于转换电路的形式
第三项决定于供电电压的大小
传感器灵敏度的单位为 mV/(μm·V)
电源电压为1V，衔铁偏移1μm时，输出电压为若干毫伏
精选课件
21
线圈 铁芯
变化，根据f的大小即可测出被测量的值。
f
C
L
G
f
精选课件 o
L18
5.调相式转换电路形式 传感器电感L变化会引起输出电压相位变化.
2tg1(L/R) Δ 2(L/R) ΔL
1(L/R)2 L
精选课件
19
6.自感传感器的灵敏度
传感器结构灵敏度
kt (ΔL/L)/Δx
转换电路灵敏度
kcu0/Δ (L/L)
精选课件
10
4.1.3 测量电路 交流电桥式、 变压器式交流电桥以及谐振式等。 1.
R
C
Z
L
当Q>>ω2LC且ω2LC<<1时
ZRjL
精选课件
11
2. 交流电桥式测量电路
Z1
U
Z
＝
3
R
Z2
Z4＝R
U0＝UZ1＋ Z1Z2－RR R
U o 高Q值有ΔZ1+ΔZ2≈jω(ΔL1+ΔL2)，
U o2(Z 1 ZZ 2)U ＝ 2Z ZU ( L 1 L 2) (4-20)
●在非电量测量中， 应用最多的是螺线管式差动变压器， 它可以测量1～100mm机械位移，并具有测量精度高、灵敏度 高、 结构简单、性能可靠等优点。
精选课件
24
(a)、(b) (c)、(d)
变 螺精隙 线选式 管课差 式件动 差变 动压 变器 压； 器；
25
(e)、(f) 变面积式差Hale Waihona Puke Baidu变压器
1. 工作原理
衔铁
U～ A
膜盒
P
变隙电感式压力传感器结构图
精选课件
22
C形 弹 簧 管
线 圈1
调 机械 零 点螺 钉
线圈2 衔铁
P
～
精选课件
输出
23
差动变压器式传感器
●把被测的非电量变化转换为线圈互感变化
● 根据变压器的基本原理制成的，次级绕组用差动形式 连接。
●差动变压器结构形式：变隙式、变面积式和螺线管式等。
精选课件
6
分析： 当衔铁处于初始位置时，
L0
0S0W 2 2 0
当衔铁上移Δδ时，传感器气隙减小Δδ，即δ=δ0－Δδ， 则 此时输出电感为
LL0L2(W 020 S0 )1L 00
精选课件
7
灵敏度
L
K0
L0
1
0
可见：变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相 矛盾，因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。
Uo
ZU LU Z 2 L2
由于 U 是交流电压， 输出指示无法判断位移方向，必须配合
相敏检波电路来解决。
精选课件
14
(2) 相敏检波电路
精选课件
15
(a) 非相敏整流电路；（b） 相敏整流电路 使用相敏整流，输出电压U0不仅能反映衔铁位移的大小和方向， 而且还消除零点残余电压的影响，
精选课件
16
4. 分为：谐振式调幅电路和谐振式调频电路。
C
U o
L U
T U o
O
L0
L
(a)
(b)
调幅电路： 特点：此电路灵敏度很高，精但选课线件性差，适用于线性度要求不高的场合1。7
调频电路：传感器电感L的变化引起输出电压频率的 变化。 把传感器电感L和电容C接入一个振荡回路中， 其
振荡频率 f 1/(2 LC) 。当L变化时，振荡频率随之
电感式传感器
精选课件
1
电感式位移传感器实例
精选课件
2
• 电磁感应
• 利用线圈电感或互感的改变来实现非电量测量
被测物理量 （非电量：位移、 电磁感应
振动、压力、
流量、比重）
线圈自感系数L/ 互感系数M
电感/互感
电压或电流 （电信号）
• 分为变磁阻式、变压器式、涡流式等 • 特点：
– 工作可靠、寿命长 – 灵敏度高，分辨力高 – 精度高、线性好 – 性能稳定、重复性好