第六章 自感式传感器.ppt

第6章 电感式传感器
电感式传感器是建立在电磁感应基础上，利用
线圈自感或互感的改变来实现测量的一种装置。它
可对直线位移和角位移进行直接测量，也可通过一
定的敏感元件把振动、压力、应变、流量等转换成
位移量而进行测量。通常可由下列方法选ppt
6 自感式传感器
工作原理
变气隙式自感传感器
变面积式自感传感器
螺线管式自感传感器
自感式传感器测量电路
自感式传感器应用举例
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单线圈螺管型传感器结构图
有单线圈和差动式两种结构形式。
单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈和一根圆柱形铁芯。传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管线圈自感值的变化。当用恒流源激励时，则线圈的输出电压与铁芯的位移量有关。
螺管型自感传感器
r
x
螺旋管
铁心
l
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螺线管式自感传感器
1-螺线管线圈Ⅰ；
2-螺线管线圈Ⅱ；
3-骨架；
4-活动铁芯
L10，L20——分别为线圈Ⅰ、Ⅱ的初始电感值；
差动式螺管型传感器结构图
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当铁芯移动（如右移）后，使右边电感值增加，左边电感值减小
根据以上两式，可以求得每只线圈的灵敏度为
两只线圈的灵敏度大小相等，符号相反，具有差动特征。
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综上所述，螺管式自感传感器的特点：
①结构简单，制造装配容易；
②由于空气间隙大，磁路的磁阻高，因此灵敏度低，但线性范围大；
③由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰；
④由于磁阻高，为了达到某一自感量，需要的线圈匝数多，因而线圈分布电容大；
⑤要求线圈框架尺寸和形状必须稳定，否则影响其线性和稳定性。
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6 自感式传感器
工作原理
变气隙式自感传感器
变面积式自感传感器
螺线管式自感传感器
自感式传感器测量电路
自感式传感器应用举例
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等效电路
研究其等效电路的目的是为了分析铁心线圈的电气参数及它们对线圈特性的影响，对了解与分析变磁阻式传感器以及选择传感器参数有帮助。将传感器线圈等效成图示电路：
Rc ——线圈的铜耗电阻。
Rv ——涡流损耗电阻。
Rh ——磁滞损耗电阻。
C ——线圈的匝间电容和电缆分布电容。
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（1）铜损电阻Rc
设导线直径为d、电阻率为r、线圈匝数为N，平均匝长为l，当忽略导线趋肤效应与邻近效应时，线圈电阻为：
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（2）涡流损耗电阻
涡流损耗电阻Rv是因为频率为f的交变电流激励产生的交变磁场，会在线圈铁心中造成涡流损耗。根据经典的涡流损耗计算公式知，为降低涡流损耗，叠片式铁心的片厚应薄；高电阻率有利于损耗的下降，而高磁导率却会使涡流损耗增加。
（3）磁滞损耗电阻
磁滞损耗电阻Rh是因为铁磁物质在交变磁化时，磁分子来回翻转需要克服阻力，类似摩擦生热的能量损耗。
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（4）并联寄生电容
主要由线圈绕组的固有电容与电缆分布电容所构成。
为便于分析，先不考虑寄生电容C，并将等效电路中的线圈电感与并联铁损电阻(Re=Rh//Rv)等效为串联铁损电阻Re´与串联电感L´的等效电路，如图所示。
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等效电路
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根据：
得：
上式表明，铁损的串联等效电阻Re´与L有关。因此，当被测非电量的变化引起线圈电感量改变时，其电阻值亦发生不希望有的变化。要减少这种附加电阻变化的影响，比值Re/(wL)应尽量小，以使Re´<<wL´ ，从而减小附加电阻变化的影响。另外，在设计传感器时应尽可能减少铁损Re。
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当考虑实际存在并联寄生电容C时，阻抗为：
式中，总的损耗电阻R´=Re´+Rc ，品质因数Q=L´w/R´ 。
当Q>>1时，1/Q2可以忽略，上式可简化为
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则RS和LS相对于R´和L´都增加了。有效品质因数为：
写成：
下降了。电感的相对变化为：
增加了。
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由此可知，并联电容C的存在，使有效串联损耗电阻与有效电感均增加，有效Q值下降并引起电感的相对变化增加，即灵敏度提高。因此，从原理而言，按规定电缆校正好的仪器，如更换了电缆，则应重新校正或采用并联电容对传感器的灵敏度重新加以调整。
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自感式传感器测量电路
1. 交流电桥