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第四節(jié)電感式傳感器原理電感式傳感器最基本原理是電磁感應(yīng)原理。
被測(cè)物理量的變化傳感器自感系數(shù)L互感系數(shù)M的變化電路電壓電流位移振動(dòng)壓力流量比重電感傳感器優(yōu)點(diǎn):靈敏度高,分辨力高,位移:0.01m,角度:0.1’;精度高,線性特性好,非線性誤差:0.05%0.1%;性能穩(wěn)定,重復(fù)性好;工作可靠,壽命長(zhǎng);能實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制等。電感式傳感器分類變磁阻式傳感器—自感型差動(dòng)變壓器式傳感器—互感型渦流式傳感器—自感型和互感型都有高頻反射式—自感型低頻透射式—互感型§3-4-1變磁阻式傳感器一、工作原理及分類
將被測(cè)對(duì)象的微小變化(x)
電感的變化(L)傳感器運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連,測(cè)物理量時(shí),運(yùn)動(dòng)部分位移
銜鐵位移
氣隙厚度變化
線圈自感系數(shù)L變化
若很小,且不考慮磁路鐵損,則
根據(jù)電工學(xué):線圈中的電感量li
各導(dǎo)磁體長(zhǎng)度
空氣隙間隙i
各導(dǎo)磁體相對(duì)導(dǎo)磁率
0
空氣隙導(dǎo)磁系數(shù)A
i
各導(dǎo)磁體截面積A
空氣隙截面積因?yàn)?/p>
鐵芯、
銜鐵>>
氣隙,所以,R鐵芯+R銜鐵<<R氣隙
電感傳感器的三種型式
氣隙變化型—變氣隙的間隙
面積變化型—變氣隙的截面積A螺管型—變銜鐵與線圈重合長(zhǎng)度二、電感傳感器的分類比較差動(dòng)型式為了增加靈敏度,改善線性,往往做成差動(dòng)式的。差動(dòng)優(yōu)點(diǎn):(1).大大的改善了線性,減小線性誤差;(2).使靈敏度提高一倍。
三、應(yīng)用電感式位移測(cè)量傳感器應(yīng)用二壓力測(cè)量應(yīng)用三加速度測(cè)量液面高度測(cè)量§3-4-2渦流式傳感器渦流成塊的金屬物體置于變化著的磁場(chǎng)中,或者在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),在金屬導(dǎo)體中會(huì)感應(yīng)出一圈圈自相閉合的電流,這就是渦流。
高頻反射式渦流傳感器—自感型低頻透射式渦流傳感器—互感型根據(jù)激勵(lì)頻率不同分為一、高頻反射式渦流傳感器
線圈上通交變高頻電流線圈產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)產(chǎn)生高頻交變渦流渦流產(chǎn)生反磁場(chǎng)阻礙線圈電流交換作用等效于L或阻抗的改變二、低頻透射式渦流傳感器
UL1
同頻交變電流
產(chǎn)生一交變磁場(chǎng)
磁力線切割M
產(chǎn)生渦流i
到達(dá)L2的磁力線減少(無(wú)M時(shí)磁力線直接貫穿L2)
E的下降
四、渦流傳感器的應(yīng)用
位移x的變化
電量的變化可做成位移、振幅、厚度等傳感器電導(dǎo)率的變化
電量的變化可做成表面溫度、電解質(zhì)濃度、材質(zhì)判別等磁導(dǎo)率的變化
電量的變化可做成應(yīng)力、硬度等傳感器x、、的綜合影響可做成材料探傷裝置
1、位移測(cè)量
渦流位移計(jì)
2、振幅測(cè)量
渦流振幅計(jì)
3、厚度測(cè)量4、轉(zhuǎn)速測(cè)量
渦流轉(zhuǎn)速計(jì)
5、渦流探傷儀
探測(cè)金屬材料的表面裂紋、熱處理裂紋及焊縫裂紋
6、溫度測(cè)量
=0[1+(t-t0)]保持其它條件不變,則t變化
變化
輸出電壓變化
可測(cè)鋼材壓延時(shí)壓滾溫度,液、氣態(tài)介質(zhì)溫度,且測(cè)溫時(shí)有一個(gè)很大的特點(diǎn)是熱慣性小(約0.001s),動(dòng)態(tài)響應(yīng)好,能做快速測(cè)溫工作。
7、自動(dòng)控制中工件是否到位等的檢測(cè)
接近開關(guān)
接近開關(guān)應(yīng)用實(shí)例一接近開關(guān)應(yīng)用實(shí)例二§3-4-3差動(dòng)變壓器式傳感器互感原理差動(dòng)變壓器本身是變壓器,利用互感原理,所以也稱互感傳感器。
互感現(xiàn)象:線圈W1輸入電流i1,W2產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e12
一、工作原理e1
初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓
L21、L22
次級(jí)線圈的電感R、L1
初級(jí)線圈的電阻和電感R21、R22
次級(jí)線圈的電阻M1、M2
初級(jí)與次級(jí)線圈的互感系數(shù)W1
初級(jí)線圈的匝數(shù)W21、W22
次級(jí)線圈的匝數(shù)原理推導(dǎo)一在初級(jí)線圈中
次級(jí)線圈中的感應(yīng)電勢(shì)
感應(yīng)電勢(shì)的有效值原理推導(dǎo)二討論:初始位置,銜鐵處于中間位置
當(dāng)銜鐵上升L
當(dāng)銜鐵下降LE2與E21同相
E2與E22同相
二、輸出特性
從理論上講,在銜鐵處于中間位置時(shí)輸出電壓應(yīng)為零,但實(shí)際存在零點(diǎn)殘余電壓,它由這樣一些因素引起:兩個(gè)次級(jí)線圈不對(duì)稱初級(jí)線圈銅耗電阻的存在導(dǎo)磁體靠近的安裝位置、鐵芯長(zhǎng)度等激磁頻率的高低鐵磁材質(zhì)不均勻線圈間存在分布電容總結(jié)傳感元件或傳
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