常用传感器工作原理(电感式)ppt课件.ppt
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1、第第3 3章章 常用传感器的工作原理常用传感器的工作原理1为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.4 电感式传感器电感式传感器把被测量转换为电感变化的一种传感器把被测量转换为电感变化的一种传感器被测信息被测信息敏感元件敏感元件转换元件转换元件辅助电源辅助电源信号调理电路信号调理电路输出信息输出信息电感元件电感元件电感元件电感元件基于电磁感应原理,基于电磁感应原理,把被测量转化为把被测量转化为电感线圈的自感电感线圈的自感系数或互感系数系数或互感系数变化的装置变化的装置 2为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九
2、大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能电感式传感器电感式传感器自感型自感型互感型互感型常为差动常为差动变压器式变压器式 3为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能两式联立得:线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁I为线圈中所通交流电的有效值。传感器由线圈、铁心和衔铁组成。工作时衔铁与被测物体连接,被测物体的位移引气隙磁阻的变化,导致了线圈电感量的变化。1.1.自感式传感器自感式传感器根据磁路的欧姆定律4为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能如果空气
3、隙较小,且忽略磁路铁损时,磁路总磁阻为:因此有:线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁由于电感传感器的铁心一般工作在非饱和状态下,其导磁率远大于空气隙的导磁率,因此铁心磁阻远较气隙磁阻小,因此:5为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能L L与气隙与气隙 成反比,成反比,与气隙导磁面积与气隙导磁面积A A0 0成正比。成正比。1 1)自感传感器类型)自感传感器类型:6为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能传感器灵敏度为:传感器灵敏度为:变面积型自感传感器的自感与面积成
4、线性关系,变面积型自感传感器的自感与面积成线性关系,但这种传感器的灵敏度较低。但这种传感器的灵敏度较低。7为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能传感器灵敏度为:传感器灵敏度为:x 气隙气隙 愈小,则灵敏度愈小,则灵敏度k k愈高。由于愈高。由于k k不是常不是常数,会产生非线性误差,因此这种传感器常规定在数,会产生非线性误差,因此这种传感器常规定在较小气隙变化范围内工作。设气隙变化为(较小气隙变化范围内工作。设气隙变化为(0 0,0 0),由于气隙变化甚小,即),由于气隙变化甚小,即远小于远小于 0 0时(一时(一般要求小
5、于般要求小于1010倍以上),倍以上),k k进一步近似为:进一步近似为:此时此时k k 可近似为常数。因此,可近似为常数。因此,这种传感器一般这种传感器一般只适用于大约只适用于大约0.0010.0011mm1mm范围的小位移测量。范围的小位移测量。8为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能对于变间隙式对于变间隙式,改善非线性,提高灵敏度的方法如下改善非线性,提高灵敏度的方法如下:接成差接成差动型动型根据结构形式,自感传感器可分为:气隙型、螺线管根据结构形式,自感传感器可分为:气隙型、螺线管rx螺旋管铁心单线圈螺管型传感器结
6、构图lrc9为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能可可以以看看出出,插插入入铁铁芯芯后后,线线圈圈电电感感的的增增量量和和相相对对增增量量均均与与铁铁芯芯的的插插入入深深度度 X 成成正正比比。如如果果螺螺管管内内磁磁场场强强度度均均匀匀分分布布的的范范围围大大,就就可可以以获获得得较较大大的的线线性位移传感器。性位移传感器。这种传感器结构简单、制造容易,但灵敏度低,适用于较大位移测量。这种传感器结构简单、制造容易,但灵敏度低,适用于较大位移测量。为了提高灵敏度和线性度,常采用差动螺管式电感传感器。为了提高灵敏度和线性度,
7、常采用差动螺管式电感传感器。10为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能三种类型比较:11为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2 2)差动式自感传感器)差动式自感传感器:在实际使用中,常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁,构成差动式自感传感器,两个线圈的电气参数和几何尺寸要求完全相同。这种结构除了可以改善线性、提高灵敏度外,对温度变化、电源频率变化等的影响也可以进行补偿,从而减少了外界影响造成的误差。12为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的
8、十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能下图是变气隙型及螺管型的差动式自感传感器的结构示意图。当衔铁3移动时,一个线圈的电感量增加,另一个线圈的电感量减少,形成差动形式。1-1-线圈线圈 2-2-铁芯铁芯 3-3-衔铁衔铁 4-4-导杆导杆(a a)变气隙型变气隙型31412344(c c)螺管型螺管型13为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能变气隙型差动式自感传感器衔铁下移:上式中不存在偶次项,显然差动式自感传感器的非线性误差在工作范围内要比单个自感传感器的小得多。忽略高次项:提高一倍 14为深入学
9、习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能差差动动气气隙隙式式传传感感器器工工作作行行程程很很小小,若若取取l2mm,则则行行程程为为(0.20.5)mm;较大行程的位移测量较大行程的位移测量,常利用差动螺管式自感传感器常利用差动螺管式自感传感器3142lclc2l线圈线圈rx将两差动电感接入交流电桥的相邻桥臂将两差动电感接入交流电桥的相邻桥臂差差动动式式螺螺管管式式传传感感器器是是一一种种开开磁磁路路的的电电感感传传感感器器,磁磁路路中中相相当当部部分分是是空空气气,无无明明显显的的边边界界,因因此此分分析析复复杂杂。主主要要特特点
10、点是是可可构构成成较较长长的的线线性性区区,用用于于测测量量大大线线位位移移。缺缺点点是是灵灵敏敏度度比比变变气气隙隙传传感感器器低低,体体积较大。积较大。15为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能前面已提到差动式结构可以提高灵敏度,改善线性,所以交流电桥也多采用双臂工作形式。通常将传感器作为电桥的两个工作臂,电桥的平衡臂可以是纯电阻,也可以是变压器的二次侧绕组或紧耦合电感线圈。3 3)自感传感器测量电路)自感传感器测量电路-交流电桥:交流电桥:ZLR1R2Z2Z1L1L2RS1RS2交流电桥原理图USCEZ1Z2IABC
11、DL LL LZ1Z216为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 2.2.互感式传感器互感式传感器(差动变压器式传感器)(差动变压器式传感器)17为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能(一)结构原理与等效电路(一)结构原理与等效电路由右图可见,传感器本身就是由右图可见,传感器本身就是一个变压器,在初级线圈接入一个变压器,在初级线圈接入电源后,次级线圈将感应产生电源后,次级线圈将感应产生电压输出。电压输出。当互感系数变化时,输出电压当互感系数变化时,输出
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