传感技术 第四章 电感谢式传感器及其应用.ppt

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1、 Chapter 4 电感式传感器及其应用L、M-sensorsnonelectricL or M特征：以磁场为媒介Nonelectric：位移、振动、压力、加速度、液位、物料面等特点：结构简单、Ro小、Pout大、线性好、灵敏、可靠、稳定、寿命长。缺陷：存在AC零点残余、动态响应慢。种类：自感式、互感式、电涡流、压磁式41自感式传感器 Lsensor磁路定律：iN/Rm感生电动势：L=-Ldi/dt=-Nd/dt即 Li N 问题1：磁路定律？L是、S的函数 变气隙式：L与成反比，非线性，但灵敏 变面积式：L与S成正比，线性，但灵敏度差 时L/L=(/)/(1 /)A 考虑线性项 L/L=/

2、B 考虑二次项 L/L=/(1/)非线性误差/（0.10.2）一、变气隙Lsensor灵敏度KL(L/L)/=1/二、差动变气隙Lsensor灵敏度KL(L/L)/=2/提高1倍非线性误差（/）减少近1个数量级3问题2：差动两个线圈如何连接？三、变面积Lsensor灵敏度KL(L/L)/a=1/a差动形式（大间隙漏磁）单个coil：L=gbN2 L/L=b/b差动：L/L=2b/b灵敏度KL(L/L)/b=2/b灵敏度KL(L/L)/b=1/bbb另外，对外界干扰、环境温度变化、电源波动磁力等相互抵消，测量精度提高。其中g20/ln(d2/d1)柱面间的比磁导四、Lsensor等效电路铜损铁损

3、电涡流损分布电容R使电感的有效品质因数Q减小，耗损D增大问题3：Q如何定义？其意义？五、Lsensor输出电路半桥差动输出 u0=u/2*Z/Zu0=u/2*L/LCircuit KC u0/(L/L)Sensor KL(L/L)/=2/OTotal K KL KC=u0 /单位：mV/m六、Lsensor零点残余电压产生的原因：两线圈的等效参数不完全相等引起的谐波干扰。若太大，会引起末级放大器饱和，是出厂时的重要指标，要求：200倍放大后 80mV，即e040uV42互感式传感器 Msensor互感式传感器是互感线圈随铁芯位置变化而变化的变磁阻装置，类似变压器，但有不同。transforme

4、rMsensor磁路closeopenMconstantvariable常接为差动形式又称差动变压器有变气隙、面积，螺线管形式，其原理相近，下面以螺线管为例：一、Msensor 结构和工作原理当原边加某一频率的正弦AC电压i时，则输出为：o 1 2 1)当铁芯位于中心位置时,M1=M2,1 2，输出为：o 1 2 02)当铁芯上移时，M1 M2,1 2，输出为：o 1 2，o 03)当铁芯下移时，M1M2,1Ucd，输出为：Uo 02)当铁芯下移时，M1 M2,UabUcd，输出为：UoU1，U2=(35)U12、二极管相敏检波电路1)当10时，2正半周 D4、D3导通，i4i3，I i4i3

5、 02负半周 D1、D2导通，i2i1，I i2i1 0i4i3i4i3i4i32)当10时，（1）1、2同相，2正半周 D4、D3导通，D4回路M端电压2 1，D3回路M端电压，2-1,2负半周 D1、D2导通，i1i2i4i32)当10时，（2）1、2反相时，2正半周 D4、D3导通，D4端电压2 1，D3端电压，2 1,2负半周 D1、D2导通，i1i243 电涡流式传感器一、电涡流效应：产生电涡流的2个条件：1）大块导体2）交变磁场金属或导体在交变的磁场中，导体内部会产生的感生电流。问题5：何为电涡流？二、基本结构和工作原理1、构成 1）探头：偏平线圈骨架 2）检测电路：振荡器 检波器

6、 放大器2、工作原理高频反射式低频透射式类型ACPoweri1iei2L=L(,f,x)Z=Z(,f,x)Q=Q(,f,x)3、等效电路设导体上的电涡流与coil的互感系数为M，则M是,f,x的函数 L=L(,f,x)Q=Q(,f,x)Z=Z(,f,x)Coil的等效电阻 和等效电感为：（unloaded）问题6：M增大，L、Q、Z如何变化？三、三、测量电路测量电路1、调频式电路、调频式电路克拉勃电容三点式振荡器问题7：L、Q、Z如何变为V、I、f？2、定频调幅电路、定频调幅电路问题8：LC并联谐振时，阻抗max or min？f0 t3、变频调幅电路、变频调幅电路电容三点式振荡器输出电压幅值

7、、频率均发生变化，此电路只考虑幅值变化、电路简单，成本低，而且灵敏度高、线性范围宽，被广泛使用。44 压磁式传感器压磁式传感器利用铁磁材料的压磁效应（磁弹性）原理设计的sensor一、压磁效应一、压磁效应铁磁材料在磁场中（磁化）沿磁场方向伸长或缩短的现象磁致伸缩效应。铁磁材料在外力作用下，其磁学性质变化的现象压磁效应。具体内容：具体内容：材料受到压力，在平行于作用力方向 减小，在垂直于作用力方向增加；材料受到拉力，在平行于作用力方向 增加，在垂直于作用力方向减小。外力撤除后，复原。压磁效应与外磁场相关。二、二、压磁压磁sensor的结构和工作原理的结构和工作原理1、单方向磁导率变化的压磁sensor补充2）互感式Fuiuo1）自感式F2、双方向磁导率变化的压磁sensor问题9：不受作用力时3、4有输出否？双向压磁双向压磁sensor的结构和工作原理的结构和工作原理45 电感式传感器的应用一、测气体压力机械调零铁芯铁芯线圈衔铁线圈弹性气管二、加速度计三、测厚仪dd愈大，电涡愈大，电涡流损耗愈大，流损耗愈大，u2愈小愈小四、温度计感温元件（导体）隔热衬底电涡流coil管架补偿coil原理：原理：对导体五、测液位测液位测量电路放大电路报警器继电器水泵液位控制器张力传感器张力传感器作 业4-34-54-7