传感器与检测技术第三章

自感式电感传感器常见的形式
变隙式
2019年7月8日星期一
变截面式
螺线管式
1.变隙式自感传感器
L-δ特性曲线
变隙式自感传感器的测量范围与灵敏度及线性度是相矛盾 的，因此变隙式自感式传感器适用于测量微小位移场合。
为了减小非线形误差，实际中广泛采用差动变隙式电感传 感器。
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2.变截面式自感传感器
1. 变压器电桥电路 变压器电桥电路如图 3- 7所示, 电桥的工作桥臂为Z1与Z2， 它们是传感器线圈阻抗, 另外两桥臂为交流变压器次级线圈 的 1/2 阻抗，输出电压取自B点，即变压器次级线圈的中心 抽头。

U 当传感器的衔铁处于中间位置, 即Z1= Z2=Z时有
桥平衡。
=00, 电
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电感式传感器种类很多, 本章主要介绍自感式、 差动变压器式、电涡流式传感器这三大类传感器。
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3.1 自感式传感器
先看一个实验： 将一只380 V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接 到机床用控制变压器的36 V交流电压源上，如图4-1所 示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接 触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫 安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙 等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。
图3-7变压器式交流电桥
2. 交流电桥电路 图3 - 8所示为交流电桥电路,及其输出特性曲线，由于交流 电桥电路的结构不完全对称，初态时电桥不完全平衡，因而 产生静态偏压，称为零点残余电压。
Z1
U
Z3＝R
Z2 Z4＝R
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U o
图3-8交流电桥电路
3.2 差动变压器式传感器
第3章 电感式传感器
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1 3.1 自感式传感器 2 3.2 差动变压器式传感器 3 3.3 电涡流式传感器 4 3.4 电感式传感器的应用
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教学目标
知识目标： （1）了解自感式传感器工作原理、转换电路与使用方法。 （2）掌握差动变压器式传感器的工作原理、转换电路。 （3）掌握电涡流式传感器的工作原理和实际应用方法。
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差动式电感传感器的特性
从结构图可以看出，差动式电感传感器对外界影响，如温 度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承 受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。 从曲线图可以看出，差动式电感传感器的线性较好，且输 出曲线较陡，灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。
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3.1.2自感式传感器的测量转换电路
为了测出电感的变化，同时也为了将电 感送入下级电路进行放大和处理，自感式传 感器要用测量转换电路把电感转换为电流或 电压的变化量。
自感式传感器的测量转换电路一般采用 调幅电路，调幅电路主要包括变压器电桥电 路和交流电桥电路。而调频电路和调相电路 用得较少。
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技能目标： （1）能够根据检测要求选择合适的电感式传感器。 （2）能够根据被测信号的特点设计出简单合理的传感器检 测电路。 （3）能够正确维护常用电子检测设备。
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情感目标： （1）具有工作与学习良好的交流与团队合作能力。 （2）培养良好的合作精神、创新精神和竞争意识。 （3）能适应具体工作的需要，在实际的工作中发挥其创造性 。
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F
准备工作
220V
电感传感器的基本工作原理演示
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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
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电感传感器的基本工作原理
当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，线圈 的电感量L和感抗XL 较小，所以电流I 较大。当铁心 闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。
I U U U (31)
Z X L 2 fL
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电感量计算公式 ：
L N 20 A 2
N：线圈匝数；A ：气隙的有效截面积； 0 ：真空 磁导率； ：气隙厚度。
请分析电感量L与气隙厚度及气隙的有效截面积A 之间的关系，并讨论有关线性度的问题。
2Leabharlann Baidu19年7月8日星期一
电源中用到的单相变压器有一个一次线圈（又称为初级线 圈），有若干个二次线圈（又称次级线圈）。当一次线圈加 上交流激磁电压Ui后，将在二次线圈中产生感应电压UO。 在全波整流电路中，两个二次线圈串联，总电压等于两个二 次线圈的电压之和。
请将单相变压
器二次线圈N21、N22
的有关端点按全波 整流电路的要求正 确地连接起来。
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差动电感传感器的特点
在变隙式差动电感传感器中，当 衔铁随被测量移动而偏离中间位 置时，两个线圈的电感量一个增 加，一个减小，形成差动形式。
曲线1、2为L1、L2 的特性，3
为差动特性
1-差动线圈； 2-铁心； 3-衔铁； 4-测杆； 5-工件
请分析：灵敏度、 线性度有何变化
教学重难点
教学重点： 电感式传感器的工作原理和应用。 教学难点： 电感式传感器的测量电路。
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电感式传感器
电感式传感器建立在电磁感应的基础上，把输 入物理量（如位移、振幅、压力、流量、 比重等参 数）转换为线圈的电感和互感的变化, 再由测量电路 转换为电压或电流的变化。
电感式传感器具有结构简单, 工作可靠, 测量精 度高, 零点稳定, 输出功率较大等一系列优点, 在工 业生产和科学研究领域得到了广泛的应用。
L N 20 A 2
图3-4 变截面式自感传感器的输出特性 1—实际输出特性； 2—理想输出特性
由式3-2可知理论上电感量L与气隙截面积A成正比
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3.螺线管式自感传感器
1）电感量L与衔铁插入深度l1成 正比（在螺线管中部时） 2）适应于测量较大位移 3）灵敏度较低
上述三种传感器的线圈中均通有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电磁 吸力，会引起附加误差，且非线性误差较大。另外，外界的干扰(如电 源电压、频率、温度的变化)也会使输出产生误差，所以在实际工作中 常采用差动形式，这样既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小测量误 差。