第2章位移检测传感器之电感式PPT讲稿.ppt
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1、第2章位移检测传感器之电感式第1页,共59页,编辑于2022年,星期一电感式位移传感器的主要类型:电感式位移传感器的主要类型:输出功率大、灵敏度高、稳定性好输出功率大、灵敏度高、稳定性好电感式位移传感器的特点:电感式位移传感器的特点:电感式位移传感器的主要类型有:自电感式位移传感器的主要类型有:自感式、互感式、涡流式和压磁式等感式、互感式、涡流式和压磁式等第2页,共59页,编辑于2022年,星期一n电感式传感器的工作基础:电感式传感器的工作基础:电磁感应电磁感应n即利用线圈电感或互感的改变来实现非电即利用线圈电感或互感的改变来实现非电量测量量测量第3页,共59页,编辑于2022年,星期一(一)
2、自感式电感位移传感器(一)自感式电感位移传感器1.工作原理与结构工作原理与结构自自感感式式位位移移传传感感器器由由线线圈圈、铁铁芯芯和和衔衔铁铁三三部部分分组组成成。铁铁芯芯和和衔衔铁铁由由导导磁磁材料制成。材料制成。自感式传感器是把被测量变化转换成自感自感式传感器是把被测量变化转换成自感L的变化,通过一定的转的变化,通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。换电路转换成电压或电流输出。第4页,共59页,编辑于2022年,星期一在缠绕在铁心上的线圈中通以交变电流在缠绕在铁心上的线圈中通以交变电流i,产生磁通,产生磁通m,m,形成磁通回形成磁通回路。路。1.工作原理与结构工作原理与结构第5页,共5
3、9页,编辑于2022年,星期一磁通与电流之间的关系磁通与电流之间的关系1.工作原理与结构工作原理与结构第6页,共59页,编辑于2022年,星期一磁阻磁阻Rm在本例中包括三部分,铁芯、衔铁和气隙中的在本例中包括三部分,铁芯、衔铁和气隙中的磁阻。磁阻。1.工作原理与结构工作原理与结构第7页,共59页,编辑于2022年,星期一通常气隙的磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻 1.工作原理与结构工作原理与结构第8页,共59页,编辑于2022年,星期一1.工作原理与结构工作原理与结构n当铁芯的结构和材料确定后,自感当铁芯的结构和材料确定后,自感L是气隙厚度是气隙厚度 和气隙磁通截面和气隙磁通截面积积S的函数。的函数
4、。n因此自感式位移传感器可分为变气隙型、变面积型和螺管型。因此自感式位移传感器可分为变气隙型、变面积型和螺管型。第9页,共59页,编辑于2022年,星期一1.工作原理与结构工作原理与结构变气隙型自感传感器变气隙型自感传感器如果如果S保持不变,则保持不变,则L为为 的单值函数,可构成变气隙型自感传感器的单值函数,可构成变气隙型自感传感器第10页,共59页,编辑于2022年,星期一1.工作原理与结构工作原理与结构 变面积型自感传感器变面积型自感传感器如果保持如果保持 不变,使不变,使S随位移而变,则可构成变面积型自感传感器;随位移而变,则可构成变面积型自感传感器;第11页,共59页,编辑于2022
5、年,星期一1.工作原理与结构工作原理与结构 螺线管型自感传感器螺线管型自感传感器如果在线圈中放入圆柱形衔铁,当衔铁上如果在线圈中放入圆柱形衔铁,当衔铁上下移动时,自感量将相应变化,就构成了螺线管型自感传感器。下移动时,自感量将相应变化,就构成了螺线管型自感传感器。第12页,共59页,编辑于2022年,星期一输出特性:输出特性:L与之间是非线性关系,特性曲线如下图变气隙式电压传感器的L-特性变气隙型自感传感器变气隙型自感传感器(略)略)第13页,共59页,编辑于2022年,星期一分析:分析:当衔铁处于初始位置时,初始电感量为 当衔铁上移时,传感器气隙减小,即=0,则此时输出电感为变气隙型自感传感
6、器变气隙型自感传感器第14页,共59页,编辑于2022年,星期一当/01时:可求得电感增量L和相对增量L/L0的表达式,即 变气隙型自感传感器变气隙型自感传感器第15页,共59页,编辑于2022年,星期一对上式作线性处理,即忽略高次项后,可得 灵敏度为 可可见见:变变间间隙隙式式电电感感传传感感器器的的线线性性度度差差,示示值值范范围围窄窄(测测量量范范围围),自自由由行行程程小小,但但在在小小位位移移下下灵灵敏敏度度高高,因因此此变变隙隙式式电电感感式式传传感感器器适用于测量微小位移适用于测量微小位移的场合。的场合。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第16页,共59页,编
7、辑于2022年,星期一差动变隙式电感传感器差动变隙式电感传感器 1-铁芯;2-线圈;3-衔铁当衔铁向上移动时,两个线圈的电感变化量L1、L2 第17页,共59页,编辑于2022年,星期一灵敏度k为(1)差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈式传感器的两倍。因此差动式自感式传感器,提高了精度、灵敏度,明显改善了线性度。差动变隙式电感传感器差动变隙式电感传感器 第18页,共59页,编辑于2022年,星期一变面积型电感传感器(变面积型电感传感器(略略)气隙长度不变,铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变化面气隙长度不变,铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变化面气隙长度不变,铁心与衔铁之间相对覆盖面
8、积随被测量的变化面气隙长度不变,铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变化面而改变,从而导致线圈的电感量发生变化。而改变,从而导致线圈的电感量发生变化。而改变,从而导致线圈的电感量发生变化。而改变,从而导致线圈的电感量发生变化。灵敏度低,线性较好,灵敏度低,线性较好,灵敏度低,线性较好,灵敏度低,线性较好,量程较大,使用比较广泛。量程较大,使用比较广泛。量程较大,使用比较广泛。量程较大,使用比较广泛。第19页,共59页,编辑于2022年,星期一螺管型电感传感器(螺管型电感传感器(略)略)衔铁随被测对象移动,线圈磁力线路径上的磁阻发生变化,线圈电感衔铁随被测对象移动,线圈磁力线路径上的磁阻发生变化
9、,线圈电感衔铁随被测对象移动,线圈磁力线路径上的磁阻发生变化,线圈电感衔铁随被测对象移动,线圈磁力线路径上的磁阻发生变化,线圈电感量也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度有关。量也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度有关。量也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度有关。量也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度有关。灵灵灵灵敏度较低,量程大,结构简单易于制作和批量生产,是使用最广泛的一敏度较低,量程大,结构简单易于制作和批量生产,是使用最广泛的一敏度较低,量程大,结构简单易于制作和批量生产,是使用最广泛的一敏度较低,量程大,结构简单易于制作和批量生产
10、,是使用最广泛的一种电感式传感器。种电感式传感器。种电感式传感器。种电感式传感器。第20页,共59页,编辑于2022年,星期一(1)损耗问题)损耗问题2.在改善电感位移传感器性能要考虑的因素在改善电感位移传感器性能要考虑的因素电电感感线线圈圈、衔衔铁铁系系统统在在高高频频电电流流激激励励下下工工作作必必然然存存在在功功率率损损耗耗。主要损耗有线圈和铁心。主要损耗有线圈和铁心。(2)气隙边缘效应的影响)气隙边缘效应的影响(3)温度误差)温度误差(4)差动式电感位移传感器的零点剩余电压问题)差动式电感位移传感器的零点剩余电压问题第21页,共59页,编辑于2022年,星期一 课堂练习课堂练习第22页
11、,共59页,编辑于2022年,星期一16、自感式位移传感器可分为变气隙型、变面积型和(、自感式位移传感器可分为变气隙型、变面积型和()(测一)。)(测一)。第23页,共59页,编辑于2022年,星期一16、自感式位移传感器可分为变气隙型、变面积型和(螺、自感式位移传感器可分为变气隙型、变面积型和(螺管型)。管型)。第24页,共59页,编辑于2022年,星期一27、改善电感式位移传感器的性能时需要考虑哪些因素?、改善电感式位移传感器的性能时需要考虑哪些因素?(测一)(测一)第25页,共59页,编辑于2022年,星期一(1)损耗问题)损耗问题2.在改善电感位移传感器性能要考虑的因素在改善电感位移传
12、感器性能要考虑的因素电电感感线线圈圈、衔衔铁铁系系统统在在高高频频电电流流激激励励下下工工作作必必然然存存在在功功率率损损耗耗。主主要要损损耗有线圈和铁心。耗有线圈和铁心。(2)气隙边缘效应的影响)气隙边缘效应的影响(3)温度误差)温度误差(4)差动式电感位移传感器的零点剩余电压问题)差动式电感位移传感器的零点剩余电压问题第26页,共59页,编辑于2022年,星期一 互互感感式式位位移移传传感感器器是是利利用用电电磁磁原原理理,将将被被测测位位移移量量的的变变化化转转换换为为线线圈圈互互感感系系数数的的变变化化,这这种种传传感感器器是是根根据据变变压压器器的的基基本本原原理理制制成成的的,故故
13、又又称称变变压器式位移传感器。压器式位移传感器。(二)互感式位移传感器(二)互感式位移传感器差动变压器差动变压器第27页,共59页,编辑于2022年,星期一(二)互感式位移传感器(二)互感式位移传感器差动变压器差动变压器感应电动势:感应电动势:式中式中M互感系数(互感系数(H)M的大小与两线圈之间相对位置以及周围介质的导磁能的大小与两线圈之间相对位置以及周围介质的导磁能力等因素有关。力等因素有关。表明:表明:两线圈之间的耦合程度;两线圈之间的耦合程度;工作原理工作原理线圈线圈1为一次侧线圈,线圈为一次侧线圈,线圈2为二次侧线圈,当一次侧通过交流电流为二次侧线圈,当一次侧通过交流电流时,在二次侧
14、上将产生感应电动势。当两者间的互感量变化时,感应时,在二次侧上将产生感应电动势。当两者间的互感量变化时,感应电动势也相应变化。电动势也相应变化。第28页,共59页,编辑于2022年,星期一n互互感感位位移移传传感感器器常常采采用用差差动动形形式式,即即两两个个二二次次线线圈圈采采用用差差动动接接法法,故故又又称称为为差差动动变变压压器器式式位位移移传传感器。感器。差动变压器式位移传感器差动变压器式位移传感器差动变压器式位移传感器有变隙式、变面积式和螺管差动变压器式位移传感器有变隙式、变面积式和螺管式等。式等。非电量测量中,应用最多的是螺管式差动变压器,它可以测非电量测量中,应用最多的是螺管式差
15、动变压器,它可以测量范围内的机械位移,并具有测量精度高、灵敏度高、结构量范围内的机械位移,并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点简单、性能可靠等优点第29页,共59页,编辑于2022年,星期一(e)、(f)变截面式差动变压器变截面式差动变压器(a)、(b)变间隙式差动变压器变间隙式差动变压器(c)、(d)螺线管式差动变压器螺线管式差动变压器第30页,共59页,编辑于2022年,星期一差动变压器式位移传感器之差动变压器式位移传感器之螺管式差动变压器位移传感器螺管式差动变压器位移传感器E1E2E0第31页,共59页,编辑于2022年,星期一传感器主要由线圈、铁芯和活动衔铁三部分组成。
16、传感器主要由线圈、铁芯和活动衔铁三部分组成。线圈包括一个初级线圈线圈包括一个初级线圈1和和2个次级线圈个次级线圈2,3组成,组成,两两个次级线圈结构参数完全相同,两个次级线圈个次级线圈结构参数完全相同,两个次级线圈2,3反极性串反极性串接。接。线圈中心插入导磁性极好的圆形铁心线圈中心插入导磁性极好的圆形铁心4.螺管式差动变压器位移传感器螺管式差动变压器位移传感器 1.结构结构 第32页,共59页,编辑于2022年,星期一螺管式差动变压器位移传感器螺管式差动变压器位移传感器 当初级线圈输入交流激励电压当初级线圈输入交流激励电压时,两个二次侧线圈将产生感应电时,两个二次侧线圈将产生感应电动势动势E
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