第2-3章電感式傳感器

1匯報人：AA2024-01-31第2-3章電感式傳感器目錄contents電感式傳感器概述電感式傳感器工作原理詳解電感式傳感器測量電路分析電感式傳感器信號處理及接口技術(shù)電感式傳感器性能指標(biāo)評價方法電感式傳感器應(yīng)用案例分析301電感式傳感器概述定義電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測非電量轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置。工作原理當(dāng)被測非電量變化時，會引起傳感器中線圈的自感系數(shù)或互感系數(shù)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電感量的變化。通過測量電感量的變化，就可以確定被測非電量的大小。定義與工作原理結(jié)構(gòu)與分類電感式傳感器主要由線圈、鐵芯和銜鐵等部分組成。其中，線圈是傳感器的敏感元件，鐵芯和銜鐵則用于增強(qiáng)傳感器的磁場效應(yīng)。結(jié)構(gòu)根據(jù)工作原理和結(jié)構(gòu)的不同，電感式傳感器可分為自感式、互感式和電渦流式三種類型。其中，自感式傳感器是利用單線圈的自感系數(shù)變化來測量被測非電量；互感式傳感器則是利用兩個線圈之間的互感系數(shù)變化來測量被測非電量；電渦流式傳感器則是利用金屬導(dǎo)體在交變磁場中產(chǎn)生的電渦流效應(yīng)來測量被測非電量。分類特點電感式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、測量精度高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點。同時，由于電感式傳感器是非接觸式測量，因此具有較長的使用壽命和較好的可靠性。應(yīng)用領(lǐng)域電感式傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、航空航天、汽車制造、電力電子等領(lǐng)域。例如，在工業(yè)自動化領(lǐng)域，電感式傳感器可用于測量位移、振動、壓力、流量等非電量；在航空航天領(lǐng)域，電感式傳感器可用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的監(jiān)測和控制系統(tǒng)；在汽車制造領(lǐng)域，電感式傳感器可用于汽車輪胎氣壓監(jiān)測、油位監(jiān)測等方面；在電力電子領(lǐng)域，電感式傳感器可用于電流測量和電能計量等方面。特點及應(yīng)用領(lǐng)域302電感式傳感器工作原理詳解結(jié)構(gòu)特點自感式電感傳感器結(jié)構(gòu)簡單，主要由線圈、鐵芯和銜鐵等部分組成。線圈匝數(shù)多、電阻大，電感量也大，因此測量精度較高。工作原理自感式電感傳感器是利用線圈自感量的變化來實現(xiàn)測量的。當(dāng)被測非電量變化時，引起線圈自感量的變化，這一變化被轉(zhuǎn)換成電信號輸出。應(yīng)用領(lǐng)域自感式電感傳感器廣泛應(yīng)用于位移、壓力、振動等物理量的測量，如汽車輪轂軸承的預(yù)緊力測量、軋鋼機(jī)軋輥間隙的測量等。自感式電感傳感器工作原理01互感式電感傳感器是利用線圈互感量的變化來實現(xiàn)測量的。當(dāng)被測非電量變化時，使一個線圈中的電流發(fā)生變化，從而在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，實現(xiàn)非電量的電測。結(jié)構(gòu)特點02互感式電感傳感器由兩個線圈組成，它們之間沒有電的直接聯(lián)系，只通過磁場耦合。因此，這種傳感器具有較高的抗干擾能力和穩(wěn)定性。應(yīng)用領(lǐng)域03互感式電感傳感器主要用于位移、轉(zhuǎn)速、加速度等物理量的測量，如機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度的測量、振動篩振幅的測量等?；ジ惺诫姼袀鞲衅鞴ぷ髟黼姕u流式電感傳感器是利用金屬導(dǎo)體在交變磁場中的電渦流效應(yīng)進(jìn)行測量的。當(dāng)被測金屬導(dǎo)體靠近傳感器線圈時，由于電渦流的作用，會使線圈的等效阻抗發(fā)生變化，從而將被測非電量轉(zhuǎn)換成電信號輸出。結(jié)構(gòu)特點電渦流式電感傳感器由線圈和金屬導(dǎo)體兩部分組成，線圈通常制成扁平狀，以便于安裝和測量。金屬導(dǎo)體的形狀和尺寸對傳感器的靈敏度有較大影響。應(yīng)用領(lǐng)域電渦流式電感傳感器主要用于位移、厚度、表面溫度等物理量的測量，如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸相對膨脹的測量、金屬板材厚度的測量等。此外，在石油、化工等行業(yè)中，也常用于液位、流量等參數(shù)的測量。電渦流式電感傳感器303電感式傳感器測量電路分析利用四個橋臂的阻抗變化，在激勵電壓作用下使電橋輸出與電感變化成比例的電壓或電流信號。交流電橋基本原理交流電橋優(yōu)點交流電橋應(yīng)用受分布電容和寄生電容影響小，測量精度較高；可測量電感、電容、電阻等參數(shù)。適用于位移、壓力、振動等物理量的測量，廣泛應(yīng)用于機(jī)械量電測技術(shù)中。030201交流電橋測量電路

變壓器式測量電路變壓器式測量電路原理利用變壓器互感原理，將電感式傳感器的電感量變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號輸出。變壓器式測量電路特點結(jié)構(gòu)簡單、輸出阻抗低、抗干擾能力強(qiáng)。變壓器式測量電路應(yīng)用適用于較大位移的測量，如機(jī)床主軸的位移檢測等。03諧振式測量電路應(yīng)用適用于微小位移、振動等物理量的測量，如加速度傳感器等。01諧振式測量電路原理利用電感式傳感器與電容組成諧振回路，通過測量諧振頻率的變化來反映被測物理量的變化。02諧振式測量電路優(yōu)點靈敏度高、測量精度高、抗干擾能力強(qiáng)。諧振式測量電路脈沖調(diào)寬式測量電路特點抗干擾能力強(qiáng)、測量范圍寬、響應(yīng)速度快。脈沖調(diào)寬式測量電路應(yīng)用適用于快速變化的物理量測量，如轉(zhuǎn)速、流量等參數(shù)的檢測。脈沖調(diào)寬式測量電路原理利用電感式傳感器對脈沖信號的調(diào)寬作用，將電感量的變化轉(zhuǎn)換為脈沖寬度的變化進(jìn)行測量。脈沖調(diào)寬式測量電路304電感式傳感器信號處理及接口技術(shù)信號調(diào)理電路設(shè)計要點選用合適的放大器，對傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行放大，提高信號的驅(qū)動能力。設(shè)計低通、高通或帶通濾波器，濾除信號中的高頻噪聲和干擾成分。對傳感器輸出的非線性信號進(jìn)行線性化處理，便于后續(xù)處理和分析。采取光電隔離、電磁隔離等措施，保護(hù)信號調(diào)理電路免受外界干擾。放大電路濾波電路線性化處理隔離與保護(hù)屏蔽技術(shù)接地技術(shù)濾波技術(shù)軟件抗干擾抗干擾技術(shù)措施01020304采用金屬屏蔽罩、屏蔽線等措施，減少電磁場對傳感器的干擾。合理設(shè)計接地系統(tǒng)，降低地線阻抗，防止地環(huán)路干擾。在信號輸入端加入濾波器，濾除高頻噪聲和干擾信號。采用數(shù)字濾波、軟件陷阱等技術(shù)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。模擬量接口數(shù)字量接口串行通信接口現(xiàn)場總線接口與微處理器接口方法將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為微處理器能夠處理的模擬量輸入信號。采用串行通信方式，實現(xiàn)傳感器與微處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸。將傳感器輸出的數(shù)字信號直接與微處理器的數(shù)字量輸入端口相連。采用現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)傳感器與微處理器之間的網(wǎng)絡(luò)通信。將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，便于微處理器處理和傳輸。A/D轉(zhuǎn)換器頻率輸出型傳感器光電編碼器網(wǎng)絡(luò)化傳感器直接輸出與測量量成正比的頻率信號，便于數(shù)字化處理和遠(yuǎn)距離傳輸。將傳感器輸出的位移、角度等模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號輸出。內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)接口和通信協(xié)議，可直接與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連，實現(xiàn)數(shù)字化輸出和遠(yuǎn)程監(jiān)控。數(shù)字化輸出實現(xiàn)途徑305電感式傳感器性能指標(biāo)評價方法表示傳感器輸出量與輸入量之間的線性關(guān)系程度。線性度傳感器輸出量變化與引起該變化的輸入量變化之比。靈敏度在相同條件下，對同一被測量進(jìn)行多次連續(xù)測量所得結(jié)果之間的一致性。重復(fù)性傳感器在輸入量由小到大（正行程）及由大到?。ǚ葱谐蹋┳兓陂g，其輸入輸出特性曲線不重合的程度。遲滯靜態(tài)特性指標(biāo)評價ABCD動態(tài)特性指標(biāo)評價頻率響應(yīng)傳感器對動態(tài)激勵的響應(yīng)特性，即其輸出的振幅和相位隨頻率變化的關(guān)系。固有頻率在無阻力時，傳感器的自由（不加外力）振蕩頻率。阻尼比表示傳感器受階躍輸入時，輸出量達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的快慢程度，也反映了系統(tǒng)的振蕩程度。瞬態(tài)響應(yīng)傳感器對突變輸入信號的響應(yīng)能力，通常用超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間和峰值時間等指標(biāo)來評價。可靠性在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，傳感器完成規(guī)定功能的能力。這通常通過平均無故障時間（MTBF）和失效率等指標(biāo)來評價。環(huán)境溫度傳感器能正常工作的溫度范圍?？垢蓴_能力傳感器在電磁場、振動、沖擊等外界干擾下仍能正常工作的能力。密封性對于有氣密性要求的傳感器，應(yīng)檢查其密封性能否滿足要求。環(huán)境適應(yīng)性及可靠性指標(biāo)評價306電感式傳感器應(yīng)用案例分析數(shù)控機(jī)床位移監(jiān)測在數(shù)控機(jī)床中，通過電感式傳感器實時監(jiān)測刀具和工件的位移，確保加工精度。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測將電感式傳感器應(yīng)用于橋梁等建筑結(jié)構(gòu)的位移監(jiān)測，以評估結(jié)構(gòu)的健康狀況。汽車懸掛系統(tǒng)位移檢測利用電感式傳感器測量汽車懸掛系統(tǒng)的位移，以監(jiān)測懸掛系統(tǒng)的工作狀態(tài)。位移測量應(yīng)用案例123在發(fā)動機(jī)氣缸中安裝電感式壓力傳感器，實時監(jiān)測氣缸內(nèi)的壓力變化，以優(yōu)化發(fā)動機(jī)性能。發(fā)動機(jī)氣缸壓力檢測在液壓系統(tǒng)中，利用電感式傳感器測量液體的壓力，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。液壓系統(tǒng)壓力監(jiān)測在航空航天領(lǐng)域，電感式傳感器被廣泛應(yīng)用于各種壓力測量場景，如飛機(jī)輪胎壓力監(jiān)測、火箭發(fā)動機(jī)推力測量等。航空航天領(lǐng)域壓力測量壓力測量應(yīng)用案例在燃油系統(tǒng)中，通過電感式流量傳感器實時監(jiān)測燃油的流量，以控制燃油的消耗和排放。燃油流量測量在水處理和水資源管理中，利用電感式傳感器測量水的流量，以實現(xiàn)水資源的合理分配和節(jié)約利用。水流量監(jiān)測在工業(yè)生產(chǎn)中，電感式傳感器被用于測量氣體的流量，如煤氣、天然氣等，以確保生產(chǎn)過程的安全和效率。