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第8章电感式传感器
自感式:原理、特性、结构形式、转换电路及应用
差动变压器式:原理、特性、结构形式、转换电路及应用
涡流传感器:原理、特性、结构形式、转换电路及应用
压磁式:原理、特性、结构形式、转换电路及应用
教学要求:理解自感式、差动变压器式、涡流传感器的工作原理,掌握其性能特点,了解其应用。
了解压磁式传感器。
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一、自感式传感器
先看一个实验:
将一只220V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36V交流电压源上,如下页图所示。开始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。
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自感传感器的基本工作原理演示
F
36V
交流毫安表
交流电压源
交流接触器线圈
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自感传感器的基本工作原理演示
☞气隙变小,电感变大,电流变小
F
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δ
(一)简单自感式传感器的原理及特性
M. Faraday 电磁感应定律(1831年):当一个线圈中电流i变化时,该电流产生的磁通Φ也随之变化,因而在线圈本身产生感应电势el——自感。
磁路欧姆定律
传感器电感量计算:
线圈自感
线圈匝数
磁路总磁阻
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对于变隙式传感器, 因为气隙δ很小, 所以可以认为气隙中的磁场是均匀的。若忽略磁路磁损, 则磁路总磁阻:
式中:
Li ——各段导磁体的长度;
μi——各段导磁体的导磁率;
Si ——铁芯材料的截面积;
δ——气隙的厚度;
μ0 ——空气的导磁率;
S ——空气隙的截面积;
δ
R空气气隙>>R导磁体
忽略导磁体磁阻
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自感传感器分为三种类型:
a)δ-变间隙式
b)S-变面积式
c)螺管式
磁路磁阻随着衔铁插入深度不同而变化
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2、线性度的问题
忽略二次项以上的高次项,成线性关系。
存在高次项,非线性误差严重。
Δδ/δ0不能大(=~),输出特性和测量范围之间存在矛盾
∴自感式传感器用于微小位移量是比较精确的。
1)变间隙式
灵敏度:
δ
L
实际输出特性
理想输出特性
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2)变面积式
工作特性为线性的。
但实际上由于漏磁通等因素的影响,仍存在非线性误差,不过与前一类变间隙型相比要好很多。
灵敏度:
S
L
实际输出特性
理想输出特性
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3)螺管式
螺管式传感器,由一只螺管线圈和一根柱型衔铁组成。当被测量作用在衔铁上时,会引起衔铁在线圈中深入长度的变化,从而引起电感量的变化。
衔铁工作在螺线管中部时,认为线圈磁场强度均匀的,线圈电感量L与衔铁插入深度大致成正比。
实际输出特性是非线性。
灵敏度低,适合测取稍大一些的位移。
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