傳感技術 第四章 電感謝式傳感器及其應用.ppt

1、,Chapter 4 電感式傳感器及其應用,L、M-sensors,nonelectric,L or M,特征：以磁場為媒介 Nonelectric：位移、振動、壓力、加速度、液位、物料面等 特點：結構簡單、Ro小、Pout大、線性好、靈敏、可靠、穩(wěn)定、壽命長。 缺陷：存在AC零點殘余、動態(tài)響應慢。 種類：自感式、互感式、電渦流、壓磁式,41自感式傳感器 Lsensor,磁路定律：iN/Rm 感生電動勢： L= -Ldi/dt = -Nd/dt 即 Li N ,問題1：磁路定律？,L是 、 S的函數(shù) ,變氣隙式： L與成反比，非線性，但靈敏 變面積式： L與S成正比，線性，但靈敏度差,L/L=

2、 ( / ) / (1 / ),A 考慮線性項 L/L= /,B 考慮二次項 L/L= /(1 / ),非線性誤差 / （0.10.2）,一、變氣隙Lsensor,靈敏度KL (L/L)/ =1/,二、差動變氣隙Lsensor,靈敏度KL (L/L)/ =2/ 提高1倍 非線性誤差 （/）減少近1個數(shù)量級,3,問題2：差動兩個線圈如何連接？,三、變面積Lsensor,靈敏度KL (L/L)/a =1/a,差動形式（大間隙漏磁）,L/L= b /b,差動： L/L= 2b /b,靈敏度KL (L/L)/b =2/b,靈敏度KL (L/L)/b =1/b,b,b,另外，對外界干擾、環(huán)境溫度變化、電

3、源波動磁力等相互抵消，測量精度提高。,其中g20/ln(d2/d1)柱面間的比磁導,四、Lsensor等效電路,R使電感的有效品質因數(shù)Q減小，耗損D增大,問題3：Q如何定義？其意義？,五、 Lsensor輸出電路,半橋差動輸出 u0 =u/2 * Z /Z,u0 =u/2 * L /L,Circuit KC u0 / (L/L),Sensor KL (L/L)/ =2/O,Total K KL KC = u0 / 單位：mV/m,六、Lsensor零點殘余電壓,產生的原因：兩線圈的等效參數(shù)不完全相等引起的諧波干擾。 若太大，會引起末級放大器飽和，是出廠時的重要指標，要求：200倍放大后 80m

4、V，即e040uV,42互感式傳感器 Msensor,互感式傳感器是互感線圈隨鐵芯位置變化而變化的變磁阻裝置，類似變壓器，但有不同。,常接為差動形式又稱差動變壓器 有變氣隙、面積，螺線管形式，其原理相近，下面以螺線管為例：,一、 Msensor 結構和工作原理,當原邊加某一頻率的正弦AC電壓i時，則輸出為： o 1 2,1)當鐵芯位于中心位置時, M1=M2, 1 2，輸出為： o 1 2 0,2)當鐵芯上移時，M1 M2, 1 2 ，輸出為： o 1 2， o 0,3)當鐵芯下移時，M1M2, 1 2 ，輸出為： o 1 2， o 0,問題4：這樣的測量電路能否判斷移動方向？,零點殘余電壓U

5、x 電橋平衡時的輸出電壓,產生的原因：變壓器制作、線圈和導磁體安裝不對稱。 若太大，會引起末級放大器飽和，要減少,方法：1）從結構上：coils和磁路對稱 2）從電路上：差動整流（最徹底）,二、 Msensor 等效電路,o 1 2 = -jM1p (-jM2p) 大小為：,三、 Msensor 測量電路,UoUaUd UabUcd,1)當鐵芯位于中心位置時, UabUcd，Uo 0,2)當鐵芯上移時，M1 M2, UabUcd ，輸出為： Uo 0,2)當鐵芯下移時，M1 M2, UabUcd ，輸出為： Uo0,1、全橋差動整流電路,1 為差動變壓器的輸出電壓， 2為同頻參考電壓，一般U2

6、U1 ， U2=(35)U1,2、二極管相敏檢波電路,1)當10時， 2正半周 D4、D3導通，i4i3 ，I i4i3 0,2負半周 D1、D2導通，i2i1 ，I i2i1 0,2)當10時， （1）1 、 2同相， 2正半周 D4、D3導通， D4回路M端電壓2 1 ，D3回路M端電壓， 2 - 1 ,2負半周 D1、D2導通，,2)當10時， （2）1 、 2反相時， 2正半周 D4、D3導通， D4端電壓2 1 ，D3端電壓， 2 1 ,2負半周 D1、D2導通，,43 電渦流式傳感器,一、電渦流效應：,產生電渦流的2個條件： 1）大塊導體 2）交變磁場,金屬或導體在交變的磁場中，導

7、體內部會產生的感生電流。,問題5：何為電渦流？,二、 基本結構和工作原理,1、構成 1）探頭：偏平線圈骨架 2）檢測電路：振蕩器 檢波器 放大器 2、工作原理,高頻反射式 低頻透射式,類型,L=L(, f, x) Z=Z(, f, x) Q=Q (, f, x),3、等效電路,設導體上的電渦流與coil的互感系數(shù)為M，則,M是,f,x的函數(shù),L =L(,f,x) Q =Q(,f,x) Z=Z(,f,x),Coil的等效電阻 和等效電感為：,（unloaded ）,問題6：M增大，L、Q、Z如何變化？,三、 測量電路,1、調頻式電路,克拉勃電容三點式振蕩器,問題7：L、Q、Z如何變?yōu)閂、I、f？

8、,2、定頻調幅電路,問題8：LC并聯(lián)諧振時，阻抗max or min？,3、變頻調幅電路,電容三點式振蕩器輸出電壓幅值、頻率均發(fā)生變化，此電路只考慮幅值變化、電路簡單，成本低，而且靈敏度高、線性范圍寬，被廣泛使用。,44 壓磁式傳感器,利用鐵磁材料的壓磁效應（磁彈性）原理設計的sensor,一、壓磁效應 鐵磁材料在磁場中（磁化）沿磁場方向伸長或縮短的現(xiàn)象磁致伸縮效應。 鐵磁材料在外力作用下，其磁學性質變化的現(xiàn)象壓磁效應。,具體內容： 材料受到壓力，在平行于作用力方向 減小， 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減小。 外力撤除后，復原。 壓磁效應與外磁場相關。,二、 壓磁sensor的結構和工作原理,1、單方向磁導率變化的壓磁sensor補充,2、雙方向磁導率變化的壓磁sensor,問題9：不受作用力時3、4有輸出否？,雙向壓磁sensor的結構和工作原理,45