电气与电子测量技术——电感式传感器精.ppt

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1、电气与电子测量技术电感式传感器第1页，本讲稿共13页2电感式传感器电感式传感器n电感式传感器电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现测量是利用线圈自感或互感系数的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩等各种非电物理量。力矩等各种非电物理量。位移、振动、压力、流量、重量、力矩电感电压、电流第2页，本讲稿共13页分类分类:电感式传感器电感式传感器自感型自感型互感型互感型变面积型自感变面积型自感传感器传感器螺线管型自感螺线管型自感传感器传感器变间隙型自感变间隙型自感传感器传感器差动变压器式差动变压器式传感

2、器传感器电涡流式传感器电涡流式传感器第3页，本讲稿共13页4自感式电感传感器的原理及特性自感式电感传感器的原理及特性 简单自感传感器结构由线圈、铁心和衔铁所组成。线简单自感传感器结构由线圈、铁心和衔铁所组成。线圈是套在铁心上的。在铁心与衔铁之间有一个空气隙圈是套在铁心上的。在铁心与衔铁之间有一个空气隙，其厚度为，其厚度为。根据磁路的基本知识，传感器线圈。根据磁路的基本知识，传感器线圈的电感量可按下式计算：的电感量可按下式计算：式中，式中，为线圈匝数；为线圈匝数；为以平均长度表示的磁路为以平均长度表示的磁路的总磁阻。如果空气隙厚度的总磁阻。如果空气隙厚度较小，而且不考虑磁路较小，而且不考虑磁路的

3、铁损，则总磁阻为：的铁损，则总磁阻为：因为一般空气隙的磁阻比导磁体的磁阻大很多，故在计算时，可忽略因为一般空气隙的磁阻比导磁体的磁阻大很多，故在计算时，可忽略导磁体磁阻，则有：导磁体磁阻，则有：第4页，本讲稿共13页5简单自感式传感器的原理及特性简单自感式传感器的原理及特性a）变气隙式气隙式 b）变面面积式式 c）螺管式）螺管式第5页，本讲稿共13页6变气隙式自感传感器的工作特性变气隙式自感传感器的工作特性 电感和灵敏度均随气隙的增大而减小。电感和灵敏度均随气隙的增大而减小。由由上上页页分分析析可可知知线线圈圈的的电电感感值值可可近近似地表示为似地表示为 变气隙式自感传感器的工作特性变气隙式自

4、感传感器的工作特性 第6页，本讲稿共13页当当时，电感感变化量化量为：同理当同理当时，电感感变化量化量为：式中第一式中第一项为线性性项，其，其灵敏度灵敏度为：而第二而第二项以后是以后是非非线性性项，含有，含有n次方的非次方的非线性。性。第7页，本讲稿共13页8若若仅考考虑二次方非二次方非线性性，其，其非非线性性误差差为：由此可看出由此可看出变气隙式自感气隙式自感传感器的特点：感器的特点：灵敏度高，灵敏度高，测量范量范围小，但非小，但非线性性误差大差大，为减小非减小非线性性误差，差，不能太大，通常取不能太大，通常取为宜。为宜。第8页，本讲稿共13页9变截面积式自感传感器的工作特性变截面积式自感传

5、感器的工作特性 铁铁心心与与衔衔铁铁之之间间相相对对覆覆盖盖面面积积随随被被测测量量的的变变化化面面改改变变，导导致致线线圈圈的的电电感感量量发发生生变变化化，这这种种形形式式称称之之为为变变面面积积型型电电感感传传感感器器，见见图图1 1。L L与与是非是非线线性的，但与性的，但与S S成成线线性性，特性曲，特性曲线线参参见图见图。由此可看出变截面积式自感传感器的特点：由此可看出变截面积式自感传感器的特点：测量范围较大，非线性误差测量范围较大，非线性误差小，但灵敏度较低。小，但灵敏度较低。第9页，本讲稿共13页10螺管式自感传感器的工作特性螺管式自感传感器的工作特性 衔铁随被测物移动，引起磁

6、阻发生变化，导致电感量改变。衔铁随被测物移动，引起磁阻发生变化，导致电感量改变。线圈电感量与衔铁进入线圈的长度可表示为：线圈电感量与衔铁进入线圈的长度可表示为：通过以上分析可得结论通过以上分析可得结论:I.变间隙型灵敏度较高，但非线性变间隙型灵敏度较高，但非线性误差较大；误差较大；II.变面积型灵敏度较小，但线性较变面积型灵敏度较小，但线性较好好,量程较大；量程较大；III.螺管型灵敏度较低，但量程大螺管型灵敏度较低，但量程大且结构简单。且结构简单。第10页，本讲稿共13页11阻抗的数字化测量电路阻抗的数字化测量电路n阻抗的数字化测量已得到日益广泛的应用，它具有测量精度高，阻抗的数字化测量已得到日益广泛的应用，它具有测量精度高，反应迅速，使用方便等优点。反应迅速，使用方便等优点。阻抗的数字化测量原理框图阻抗的数字化测量原理框图第11页，本讲稿共13页阻抗阻抗Z Z两端的电压为两端的电压为U Uz z=U=Uzmzmcos(t+)cos(t+)，所以，所以滤去滤去2t2t项，有项，有同理有同理有 阻抗的数字化测量电路阻抗的数字化测量电路第12页，本讲稿共13页13电感式传感器小结电感式传感器小结n自感式传感器自感式传感器变气隙变气隙变面积变面积螺线管螺线管n调理电路调理电路阻抗的数字化测量阻抗的数字化测量第13页，本讲稿共13页