传感器123章变磁阻式.ppt
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1、传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈传感器技术及应用传感器技术及应用机械机械06机电方向机电方向20082009第二学期第二学期2009年年2月月传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式
2、变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器1本课内容:本课内容:工作原理工作原理传感器线圈的电器参数分析传感器线圈的电器参数分析自感式传感器自感式传感器类型、结构、应用类型、结构、应用变磁阻式传感器变磁阻式传感器电感
3、式传感器电感式传感器1、自感式、自感式2、互感式、互感式传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈变磁阻(电感)式传感器工作原理变磁阻(电感)式传感器工作原理 被测量被测量 Rm L输出电输出电量:量:电
4、压电压 V电流电流 A频率频率 f变磁阻式变磁阻式传感器传感器测量电路测量电路l应用:应用:常用来检测位移、振动、力、应变、常用来检测位移、振动、力、应变、流量、比重等物理量。流量、比重等物理量。传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁
5、悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈3.1 传感器线圈的电器参数分析传感器线圈的电器参数分析 一、结构原理图一、结构原理图组组成成:线线圈圈1、铁铁芯芯2和衔铁和衔铁3:铁铁芯芯、衔衔铁铁之之间空气隙间空气隙二、工作原理二、工作原理:Rm L被测量被测量衔铁位移衔铁位移以具有可变气隙的铁心线圈为例以具有可变气隙的铁心线圈为例传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量
6、电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈1、铁心线圈的电感量、铁心线圈的电感量L式中:式中:W为线圈的匝数为线圈的匝数,Rm为磁路为磁路中的总磁阻中的总磁阻对于单一材料导磁体,磁阻对于单一材料导磁体,磁阻Rml 为磁路长度,为磁路长度,S为磁路截面积,为磁路截面积,为为材料的磁导率材料的磁导率传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理
7、工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈2、磁路的总磁阻、磁路的总磁阻Rm1)、当铁心线圈为闭合磁路:)、当铁心线圈为闭合磁路:RmRF RF导体总磁阻导体总磁阻2)、当铁心线圈具有小气隙:)、当铁心线圈具有小气隙:RmR1R2R R R1铁心铁心2磁阻磁阻、R2衔铁衔铁3磁阻磁阻、R 气隙的气隙的磁阻,远大于磁阻,远大于R1、R2即:即:Rm R 传感器技术及应用传感器技术及应用第
8、第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈3.2 自感式传感器自感式传感器3.2.1 常用的自感式传感器工作原理常用的自感式传感器工作原理l按几何参数变化形式:按几何参数变化形式:l 变气隙式、变气隙式、l 变面积式、变面积式、l 螺管式
9、螺管式l按组成方式:按组成方式:l 差动式差动式传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈1.变气隙式变气隙式自感传感器自感传感器工作原理:工作原理:1)保持铁心、衔铁材料、保持铁心、衔铁材料、结构、线圈
10、匝数不变,结构、线圈匝数不变,2)保持气隙磁通面积保持气隙磁通面积S不便,不便,l则电感则电感 L 是气隙总长是气隙总长 l 的单值函数的单值函数传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈变隙式自感式传感
11、器输入输出特性为非线性变隙式自感式传感器输入输出特性为非线性 衔铁与铁心间的气隙长度衔铁与铁心间的气隙长度 气隙变化量,即测量范围气隙变化量,即测量范围l 气隙总长气隙总长 l =2 传感器的灵敏度传感器的灵敏度:传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁
12、悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈灵敏度灵敏度K0与气隙与气隙 成反比成反比变隙式自感式传感器适于测变隙式自感式传感器适于测量微小的位移量量微小的位移量l为保证一定的测量范围和为保证一定的测量范围和线性度取:线性度取:l 0.10.5 mm =(1/51/10)传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误差
13、应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈2.变面积式自感传感器变面积式自感传感器1)传感器的气隙长度)传感器的气隙长度l 保持不变保持不变2)气隙磁通截面积)气隙磁通截面积S随被测非电量而变随被测非电量而变传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误
14、差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈变面积式自感传感器输入输出特性变面积式自感传感器输入输出特性变面积式特点:变面积式特点:(1)线性度)线性度忽略气隙磁通边缘效应条件下,输出忽略气隙磁通边缘效应条件下,输出特性呈线性,可得到较大的线性范特性呈线性,可得到较大的线性范围。围。(2)灵敏度)灵敏度与变气隙式相比,灵敏度较低。与变气隙式相比,灵敏度较低。传感器的灵敏度传感器的灵敏度传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路
15、总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈3.差动式电感传感器(图差动式电感传感器(图3-7)(a)结构原理图;结构原理图;(b)电路接线图电路接线图传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作
16、原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈差动连接时,气隙相对变化量的偶次项被消除差动连接时,气隙相对变化量的偶次项被消除l非线性得到改善非线性得到改善l且灵敏度提高一倍。且灵敏度提高一倍。(341)传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理
17、 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈3.2.2 测量电路测量电路电桥电路输出端对称电桥电桥电路输出端对称电桥传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路
18、自感式传感器的误差自感式传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈两线圈阻抗:其中两线圈初始电阻相等其中两线圈初始电阻相等另外两个桥臂为纯电阻桥臂:另外两个桥臂为纯电阻桥臂:Z3Z4R输出电压:输出电压:传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式线圈的电器参数分析线圈的电器参数分析铁心线圈的电感量铁心线圈的电感量L磁路总磁阻磁路总磁阻自感式传感器自感式传感器 工作原理工作原理 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 差动式电感传感器差动式电感传感器 测量电路测量电路 自感式传感器的误差自感式
19、传感器的误差 应用:应用:压力传感器压力传感器 料位数字传感器料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位磁悬浮列车测速定位 地感线圈地感线圈3.2.3 自感式传感器的误差及改善措施自感式传感器的误差及改善措施1.输出特性的非线性输出特性的非线性2.采用差动结构改善采用差动结构改善3.2.零位误差:零位误差:当衔铁位于中间位置时,当衔铁位于中间位置时,实际输出电压不为零,出现零点残余电压。实际输出电压不为零,出现零点残余电压。4.采用补偿电路消除零位误差。采用补偿电路消除零位误差。3。激励电源的影响。激励电源的影响提高激励电源的频率提高激励电源的频率传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变
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