电感式传感器及应用.

传感器原理与应用
17
2.掌握变间隙式电容传感器的工作原理、灵敏度与非线性 误差的矛盾关系及解决办法 工作原理：变间隙式电容传感器由固定极板和可动极板组 成。当可动极板随着被测参数的变化相对固定极板移动 时，引起极板间的距离d的变化。从而引起电容量发生 变化。测量出电容量，即可推算出位移。 变间隙式电容传感器的提高灵敏度和减小非线性误差是相 矛盾的。为了解决这一矛盾，大都采用差动式电容传感 器 3.一般了解部分固体介质的变间隙式和变面积式电容传感 器的工作原理。了解部分固体介质的变间隙式电容传感 器非线性误差与灵敏度之间的关系
U i
U
C1 C2
U 0
CX C3
传感器原理与应用
20
差动电桥测量电路 C0——电容式传感器初始电容 ΔC——电容式传感器的输出电容变化值
/2 U
U i
C0-ΔC
B /2 U
U 0
A C0+ΔC
传感器原理与应用
21
（2）紧耦合电桥电路 C0——电容式传感器平衡状态时输出电容值 ΔC——电容式传感器的输出 C0+ΔC 电容变化值
传感器原理与应用
10
消除方法 （1）工艺上保证两个次级绕组对称（几何尺寸，电气参数， 磁路），结构上，可采用可调端盖机构，另外，衔铁和 导磁外壳等磁性材料必须经过热处理，消除内部残余应 力，使其磁性能具有较好的均匀性和稳定性； （2）采用导磁性能良好的材料制作传感器壳体，兼顾屏蔽 作用，以抗外界干扰，设臵静电屏蔽层； （3）工作区域设计在铁芯磁化曲线的线性段，减小三次谐 波； （4）外电路补偿法； （5）选用相敏检波作为测量电路。
28
传感器原理与应用
12
§3-3 电涡流式 1.了解电涡流式传感器的分类 2.掌握电涡流式传感器的基本结构及其与被测体组成测量 系统的依赖关系、影响系统性能的主要部件 电涡流传感器的基本结构主要由线圈和框架组成，其中激 磁线圈是主体，因而它的性能、尺寸、形状对整个测量 系统的性能产生重要影响。 电涡流传感器测量系统是由传感器和被测体两部分组成， 利用两者的磁性耦合程度来实现对被测量的测试任务。 因而被测体的材料、形状和大小必将对传感器特性产生 影响。
第三章 电感式传感器及应用
§3-1 自感式 1.掌握单线圈变隙式和差动变隙式电感传感器的结构、工 作原理、测量范围与灵敏度和线性度之间的关系 工作原理：传感器工作时，衔铁 与被测体连接。当被测体如图示 方向产生Δδ的位移时，衔铁与其 同步移动，引起磁路中气隙磁阻 发生相应的变化，从而导致线圈 电感变化。因此，只要能测出这 种电感量的变化，就能确定衔铁 （即被测体）位移量的大小和方 向。
1 2 3
2.导磁外壳 3.骨架
4.匝数为W1的 初级绕组
5.匝数为W2a的 次级绕组 6.匝数为W2b的 次级绕组
传感器原理与应用
8
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 U 时，根据变压器的作用原理在两个次级绕组W2a 和W2 b中就会产生感应电势 E 和 E 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臵时，
传感器原理与应用
7
3.掌握螺线管式差动变压器的结构（图）、线圈绕组的排 列方式、工作原理、影响灵敏度的因素、改善线性度的 方法、零点残余电压（定义、不良影响、基波产生的主 要原因及消除方法）
1.活动衔铁
螺线管式差动变压器传 5 感器主要由线圈组合、 活动衔铁和导磁外壳三 4 部分组成。 6 线圈绕组排列方式：一 节式、二节式、三节式、 四节式和五节式。通常 多采用二节式和三节式。
2
U i
B
2
U 2 2
A Z1
U o
O
（2）带有相敏整流的交流电桥
Z1 A
E D1
C D2 V Z3 B Z4 U0
Ui
Z2 F
D4
D3 D
传感器原理与应用
6
§3-2 差动变压器式 1.掌握差动变压器式传感器定义、结构种类 把被测的非电量的变化转换为线圈互感变化的传感器称为 互感式传感器。因为这种传感器是根据变压器的基本原 理制成的，并且其次级绕组都用差动形式连接，所以又 叫差动变压器式传感器，简称差动变压器。 结构种类：变隙式、变面积式和螺线管式。 2.了解变隙式差动变压器传感器的工作原理、输出特性； 掌握其灵敏度与初始平衡位臵的气隙大小的关系。 变隙式差动变压器传感器的灵敏度与初始平衡位臵的气隙 大小成反比。
传感器原理与应用
16
第四章 电容式传感器及应用
§4-1 电容式传感器的工作原理及结构型式 1.掌握电容传感器的定义、测量哪些机械和热工参量，变 间隙式和变面积式及变介电常数式三种电容传感器的基 本测量对象 以电容器作为敏感元件，将被测物理量的变化转换为电容 量的变化的传感器称为电容式传感器。 变间隙式一般测量微小的线位移，变面积式则用来测角位 移或较大的线位移，变介电常数式用于固体或液体的物 位测量。
U 0
C0-ΔC
U
L0
M
L0
传感器原理与应用
22
（3）脉冲电路 Cx——电容式传感器电容 Ip——充、放电平均电流
R2
2
1
K
R1
Cx
D1 Ip D4 D2 E
D3
传感器原理与应用
23
（4）运算放大器式电路 C0——固定电容器电容量 Cx——电容式传感器输出电容
I co
cx I cx
传感器原理与应用
13
3.掌握电涡流传感器的工作原理、电涡流强度与距离（线 圈与被测体）的关系、测量位移时得到较好线性度和灵 敏度的条件 工作原理：传感器的激磁线圈通正弦交变电流时，在其周 围产生交变磁场，使被测金属导体内产生电涡流。它的 存在削弱激磁线圈内磁场的变化。使线圈等效阻抗发生 变化（对比无被测金属时变小）。该变化完全取决于被 测金属导体的电涡流效应。而电涡流的强度与被测金属 导体的电阻率、磁导率及几何形状有关，又与线圈的几 何参数、线圈中激磁电流的频率有关，还与线圈与被测 金属导体间的距离等参数有关。如果保持上述中的其它 参数不变，而只改变其中的一个参数，则传感器线圈的 阻抗就仅仅是这个参数的单值函数。通过测量线圈阻抗 的变化量，即可实现对该参数的测量。
传感器原理与应用
2
闭磁路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。
传感器原理与应用
3
2.掌握单线圈螺线管式和差动螺线管式电感传感器的结构 （图）、工作原理、优缺点和应用 工作原理：进行测量时，活动 铁芯的左端与被测体连接。当 活动铁芯随被测体移动时，导 致线圈电感量发生变化，即线 圈电感量与铁芯插入深度X有 关。 优缺点：优点是测量范围大、 线性度好、结构简单和便于制 作，缺点是灵敏度低。 应用：测量大量程直线位移。
c0
Ii
U i

A0
U 0
传感器原理与应用
24
（5）双T电桥电路
e
D2
D1 A
B
R2
R1
C2 RL
C1
传感器原理与应用
25
3.了解电容式传感器的几种应用（名称）。掌握差动电容 式加速度传感器的结构原理（图） 见P118图4-18
传感器原理与应用
26
传感器原理与应用
27
传感器原理与应用
传感器原理与应用
18
4.掌握测量介质介电常数变化和介质厚度的变介电常数式 电容传感器的原理图
传感器原理与应用
19
§4-2 电容式传感器的测量电路及应用 1.一般了解电容式传感器的优缺点。了解分布电容对应用 的影响 2.掌握电容式传感器配用测量电路（图）及电路中各参数 的意义（表示什么） （1）交流电桥
传感器原理与应用
4
工作原理：活动铁芯与被测 体连接，铁芯初始状态处于 对称位臵上，使两边螺线管 的初始电感值相等，当被测 体带动铁芯移动ΔX（例如 右移ΔX）后，使右边电感 值增加，左边电感值减小， 形成差动特征。
传感器原理与应用
5
3.掌握电感式配用测量电路（图）和名称；一般了解电路 的工作原理。 C U Z2 （1）变压器式交流电桥
1Baidu Nhomakorabea
2a
2b
E E 2a 2b
E E 0 U 2 2a 2b
当活动衔铁向某一个次级线圈方向移动时，则该次级线圈 内磁通增大，使其感应电势增加，差动变压器有输出电 压。其数值反映了活动衔铁的位移。
传感器原理与应用
9
影响灵敏度的因素：电源频率和输入激磁电压。 改善线性度的方法： ①取测量范围为骨架长度的1/10到1/4； ②f采用中频（400Hz-10KHz )； ③配用相敏检波式测量电路。 零点残余电压是差动变压器在零位移时的输出电压，是评 定差动变压器性能的主要指标之一。它的存在，会造成 传感器在零位附近的灵敏度降低、分辨率变差和测量误 差增大。 基波产生的原因主要是传感器两个次级绕组的电气参数与 几何尺寸不对称；
传感器原理与应用
15
5.掌握被测物体材料电阻率和相对磁导率及被测平面直径 大小与电涡流传感器灵敏度的关系、传感器与非被测金 属物之间的距离对其测量结果的影响 被测体的电阻率ρ和相对磁导率μr愈小，传感器的灵敏度愈 高。 被测体短路环与线圈外半径之比ra/ras 愈大，电涡流效应的 利用愈充分，传感器灵敏度愈高。 用电涡流传感器进行测量时，不属于被测体的金属物与激 磁线圈之间，至少要有一个线圈直径的间隔。 6.了解电涡流式传感器配用测量电路的名称；一般了解传 感器用于位移测量，并配用定频调幅式测量电路的分析
传感器原理与应用
1
工作原理：差动变隙式电感传 感器由两个相同的电感线圈和 磁路组成。测量时，衔铁通过 导杆与被测体相连，当被测体 按图示方向上下移动时，导杆 带动衔铁也以相同的位移量上 下移动，使两个磁回路中的磁 阻发生大小相等、符号相反的 变化，导致一个线圈的电感量 增加，另一个线圈的电感量则 减小，形成差动形式。
传感器原理与应用
14
电涡流强度与距离（线圈与被测体）的关系：非线性，且 随着距离的增加，电涡流将迅速减小。 当利用电涡流式传感器测量位移时，只有在x/ras<<1（一般 取x/ras=0.05-0.15）的范围才能得到较好的线性和较高的 灵敏度；即应让线圈与被测体之间的距离大大地小于线 圈地半径。 4.了解高频反射式电涡流传感器要求被测物体有一定厚度 地道理。
传感器原理与应用
11
4.掌握差动变压器可以测量的物理量和配用测量电路的名 称及差动半波整流电路（图） 差动变压器不仅可以直接用于位移的测量，而且还可以测 量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、 比重、张力和厚度等。 配用测量电路：差动相敏检波电路和差动整流电路。 差动半波整流电路：见P87图3-29（a） 5.一般了解差动变压器配用的差动相敏检波电路的工作原 理和基本特性、差动整流电路的工作原理。