传感器与检测技术第3章 电感式传感器ppt课件.ppt

,通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。按磁路几何参数变化形式的不同,目前常用的自感式传感器有变气隙式、变截面积式和螺线管式三种,如图3-1所示。变气隙型传感器的结构如图3-1a所示,它由线圈、铁心、衔铁三部分组成。铁心和衔铁由导磁材料如硅钢片等材料制成,在铁心和衔铁之间留有空气隙δ。被测物与衔铁相连,当衔铁移动时,气隙厚度δ发生改变而引起磁路中磁阻变化,从而导致电感线圈的电感值变化,只要能测出这种电感量的变化,就能确定衔铁位移量的大小和方向。电感量的变化通过测量电路转换为电压、电流或频率的变化,从而实现对被测物位移的检测。则根据电磁感应原理,可得电感量表达式为由磁路欧姆定律,Rm为磁路总磁阻,因而有若忽略磁路磁损,则上式可改写为如果S保持不变,则L为δ的单值函数,构成变气隙式自感传感器,如图3-1a所示。若保持δ不变,使S随被测量(如位移)变化,则构成变截面式自感传感器,如图3-1b所示。若线圈中放入圆柱形衔铁,则是一个可变自感,当衔铁上、下移动时,自感量将相应发生变化,这就构成了螺线管型自感传感器,差动变隙式电感传感器由两个相同的电感和磁路组成。测量时,衔铁通过导杆与被测位移量相连,当被测体上、下移动时,导杆带动衔铁也以相同的位移上、下移动,使磁回路中磁阻发生大小相等、方向相反的变化,导致一个线圈的电感量增加,另一个线圈的电感量减小,形成差动形式。当差动使用时,两个电感线圈接成交流电桥的相邻桥臂,另两个桥臂由电阻组成,电桥输出电压与∆L有关。构成差动电桥,不仅可使灵敏度提高一倍,而且使非线性误差大为减小。-3所示,电桥两臂Z1和Z2为传感器两线圈的等效阻抗,另外两臂由交流变压器的二次绕组构成,电压均为U2/2。设O点为电位参考点,根据电路的基本分析方法,可得到电桥输出电压为当传感器的活动铁心处于初始平衡位置时,即Z1=Z10,Z2=Z20,此时两线圈的电感相等,阻抗也相等,即Z10=Z20=Z0,其中Z0表示活动铁芯处于初始平衡位置时每一个线圈的阻抗。由式(3-4)可知,这时电桥输出电压,电桥处于平衡状态。当铁芯向一边移动时,则一个线圈的阻抗增加,即Z1=Z0+∆Z,而另一个线圈的阻抗减小,Z2=Z0﹣∆Z,代入式(3-5)得R《ωL当活动铁心向另一边(反方向)移动时,,又能判断出衔铁位移的方向,通常在交流测量电桥中引入相敏整流电路,把测量桥的交流输出转换为直流输出,而后用零值居中的直流电压表测量电桥的输出电压,带相敏整流的交流电桥如图3-4所示。图中电桥的两个臂Z1、Z2分别为差动式传感器中的电感线圈,另两个臂为平衡阻抗Z3、Z4(Z3=Z4=Z0),VD1、VD2、VD3、VD4四只二极管组成相敏整流器,输入交流电压加在A、B两点之间,输出直流电压U0由C、D两点输出,测量仪表可以为零刻度居中的直流电压表或数字电压表。(1)初始平衡位置当差动式传感器的活动铁芯处于中间位置时,传感器两个差动线圈的阻抗Z1=Z2=Z0,其等效电路如图3-5所示。由图可知,无论在交流电源的正半周(图3-5a)还是负半周(图3-5b),电桥均处于平衡状态,桥路没有电压输出,即(2)活动铁心向一边移动当活动铁心向线圈的一个方向移动时,传感器两个差动线圈的阻抗发生变化,等效电路如图3-6所示。