电感式传感器及应用ppt课件PPT推荐.ppt
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根据结构形式:
气隙型、面积型和螺管型。
电磁感应被测非电量被测非电量自感系数自感系数LL互感系数互感系数MM测量电路UU、II、ff3.uu优点结构简单、可靠分辨率高机械位移0.1m,甚至更小;
角位移0.1角秒。
输出信号强,电压灵敏度可达数百mV/mm。
重复性好,线性度优良在几十m到数百mm的位移范围内,输出特性的线性度较好,且比较稳定。
能实现远距离传输、记录、显示和控制u不足存在交流零位信号,不宜高频动态测量。
4.主要章节内容4.14.1自感式传感器自感式传感器4.24.2差动变压器式传感器差动变压器式传感器4.34.3电涡流传感器电涡流传感器5.4.1自感式传感器自感式传感器是利用自感式传感器是利用自感量随气隙变化而改变自感量随气隙变化而改变的原理的原理制成的,制成的,主要用来主要用来测量位移测量位移。
自感式传感器主要有自感式传感器主要有闭磁路变隙式闭磁路变隙式和和开磁路螺开磁路螺线管式线管式,它们又都可以分为,它们又都可以分为单线圈式单线圈式与与差动式差动式两种结构形式。
两种结构形式。
6.内容4.1.1结构和工作原理结构和工作原理4.1.2自感式传感器的测量电路自感式传感器的测量电路4.1.3自感式传感器应用举例自感式传感器应用举例7.自感式传感器的基本工作自感式传感器的基本工作原理演示原理演示FF衔铁移动衔铁移动磁路中气隙磁阻变化磁路中气隙磁阻变化线圈的电感值变化线圈的电感值变化8.4.1.1基本工作原理基本工作原理线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁由于由于可得:
可得:
磁路的总磁阻可表示为:
近似计算出线圈的电感量为:
9.结论电感式传感器从原理上可分为电感式传感器从原理上可分为变气隙长度式变气隙长度式和和变气变气隙截面式隙截面式两种类型,两种类型,前者常用于测量前者常用于测量直线位移直线位移,后,后者常用于测量者常用于测量角位移角位移。
如果在线圈中放入圆柱形衔铁,当衔铁上下移动时,如果在线圈中放入圆柱形衔铁,当衔铁上下移动时,自感量将相应变化,就构成了自感量将相应变化,就构成了螺线管型螺线管型自感传感器。
自感传感器。
10.4.1.1常见结构形式1线圈线圈2铁芯铁芯3衔铁衔铁4测杆测杆5导轨导轨6工件工件7转轴转轴11.由电感式由电感式可知,可知,变气隙长变气隙长度式度式传感器的线性度差、示值范围窄、自由行程传感器的线性度差、示值范围窄、自由行程小,但在小位移下灵敏度很高,小,但在小位移下灵敏度很高,常用于小位移的常用于小位移的测量测量。
1变气隙式(闭磁路式)自感传感器1线圈线圈2铁芯铁芯3衔铁衔铁12.1变气隙式(闭磁路式)自感传感器由电感式由电感式同样可知,同样可知,变截变截面式传感器面式传感器具有良好的线性度、自由行程大、示具有良好的线性度、自由行程大、示值范围宽,但灵敏度较低,值范围宽,但灵敏度较低,常用来测量较大位移常用来测量较大位移量量。
为扩大示值范围和减小非线性误差,可采用为扩大示值范围和减小非线性误差,可采用差动差动结构结构。
13.2螺线管式(开磁路式)自感式传感器螺线管式自感式传感器常采用差动式。
螺线管式自感式传感器常采用差动式。
1测杆测杆2衔铁衔铁3线圈线圈差动式电感传感器对外界差动式电感传感器对外界影响,如温度的变化、电影响,如温度的变化、电源频率的变化等基本上可源频率的变化等基本上可以互相抵消,衔铁承受的以互相抵消,衔铁承受的电磁吸力也较小,从而减电磁吸力也较小,从而减小了测量误差。
小了测量误差。
14.特性1、2L1、L2的特性的特性3差动特性差动特性15.4.1.2自感式传感器的测量电路测量电路有交流分压式、交流电桥式和谐振式等多种,常用测量电路有交流分压式、交流电桥式和谐振式等多种,常用的差动式传感器大多采用的差动式传感器大多采用交流电桥式交流电桥式。
交流电桥的种类很多,交流电桥的种类很多,差动形式工作时其电桥电路常采用双差动形式工作时其电桥电路常采用双臂工作方式臂工作方式。
16.1变压器交流电桥电桥有两臂为传感器的电桥有两臂为传感器的差动线圈的阻抗,所以差动线圈的阻抗,所以该电路又称为差动交流该电路又称为差动交流电桥电桥变压器式交流电桥电路图变压器式交流电桥电路图17.分析设设OO点为电位参考点,根据电路的基本分析方法,点为电位参考点,根据电路的基本分析方法,可得到电桥输出电压为可得到电桥输出电压为当传感器的活动铁芯处于初始平衡位置时,两线当传感器的活动铁芯处于初始平衡位置时,两线圈的电感相等,阻抗也相等。
圈的电感相等,阻抗也相等。
电桥输出电压,电桥处于平衡状态。
18.变化时当铁芯向一边移动时,则一个线圈的阻抗增加当铁芯向一边移动时,则一个线圈的阻抗增加,19.变化后的电压当传感器线圈为高当传感器线圈为高QQ值时,则线圈的电阻远小于其值时,则线圈的电阻远小于其感抗感抗当活动铁芯向另一边(反方向)移动时当活动铁芯向另一边(反方向)移动时差动式自感传感器采用变压器交流电桥为测量电差动式自感传感器采用变压器交流电桥为测量电路时,电桥输出电压既能反映被测体位移量的大路时,电桥输出电压既能反映被测体位移量的大小,又能反映位移量的方向,且输出电压与电感小,又能反映位移量的方向,且输出电压与电感变化量呈线性关系。
变化量呈线性关系。
20.2带相敏整流的交流电桥上述变压器式交流电桥中,由于上述变压器式交流电桥中,由于采用交流电源采用交流电源,则不论活动铁芯向线圈的哪个方向移动,电桥输则不论活动铁芯向线圈的哪个方向移动,电桥输出电压总是交流的,即无法判别位移的方向。
出电压总是交流的,即无法判别位移的方向。
常采用常采用带相敏整流的交流电桥带相敏整流的交流电桥。
21.结构带相敏整流的交流电桥电路带相敏整流的交流电桥电路22.
(1)初始平衡位置时铁芯处于初始平衡位置时的等效电路铁芯处于初始平衡位置时的等效电路23.
(2)活动铁芯向一边移动时铁芯向线圈一个方向移动时的等效电路铁芯向线圈一个方向移动时的等效电路24.结果在在Ui的正半周的正半周在在Ui的负半周的负半周25.只要活动铁芯向一方向移动,只要活动铁芯向一方向移动,无论在交流电源的无论在交流电源的正半周还是负半周,电桥输出电压均为正值。
正半周还是负半周,电桥输出电压均为正值。
26.(3)活动铁芯向相反方向移动时当活动铁芯向线圈的另一个方向移动时,用上述当活动铁芯向线圈的另一个方向移动时,用上述分析方法同样可以证明,分析方法同样可以证明,无论在的正半周还是负无论在的正半周还是负半周,电桥输出电压均为负值。
半周,电桥输出电压均为负值。
27.应用1理想特性曲线理想特性曲线2实际特性曲线实际特性曲线28.4.1.3自感式传感器应用举例用于测量位移,还可以用于测量用于测量位移,还可以用于测量振动、应变、厚振动、应变、厚度、压力、流量、液位等度、压力、流量、液位等非电量。
非电量。
29.1自感式测厚仪1可动铁芯可动铁芯2测杆测杆3被测物体被测物体30.2位移测量1引线引线2线圈线圈3衔铁衔铁4测力弹簧测力弹簧5导杆导杆6密封罩密封罩7测头测头31.其他电感测微头其他电感测微头32.4.2差动变压器式传感器把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。
因这种传感器是根据变压器的基本原理制成感式传感器。
因这种传感器是根据变压器的基本原理制成的,并且其二次绕组都用差动形式连接,所以又叫差动变的,并且其二次绕组都用差动形式连接,所以又叫差动变压器式传感器,简称压器式传感器,简称差动变压器差动变压器。
有变隙式、变面积式和螺线管式等有变隙式、变面积式和螺线管式等在非电量测量中,在非电量测量中,应用最多的是螺线管式的差动变压器应用最多的是螺线管式的差动变压器,它可以测量它可以测量11100mm100mm范围内的机械位移,并具有测量精度范围内的机械位移,并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。
高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。
33.4.2.1基本工作原理螺线管式差动变压器结构示意图螺线管式差动变压器结构示意图1一次绕组一次绕组2二次绕组二次绕组3衔铁衔铁4测杆测杆螺线管式差动变压器原理图螺线管式差动变压器原理图34.输出特性零点残余电动势零点残余电动势35.零点电势零点残余电动势使得传感器在零点附近的输出特零点残余电动势使得传感器在零点附近的输出特性不灵敏,为测量带来误差。
为了减小零点残余性不灵敏,为测量带来误差。
为了减小零点残余电动势,可采用以下方法。
电动势,可采用以下方法。
(11)尽可能保证传感器尺寸、线圈电气参数和磁)尽可能保证传感器尺寸、线圈电气参数和磁路对称。
路对称。
(22)选用合适的测量电路。
)选用合适的测量电路。
(33)采用补偿线路减小零点残余电动势。
)采用补偿线路减小零点残余电动势。
36.4.2.2测量电路差动变压器输出的是交流电压,若用交流电压表差动变压器输出的是交流电压,若用交流电压表测量,只能反映衔铁位移的大小,而不能反映移测量,只能反映衔铁位移的大小,而不能反映移动方向。
另外,其测量值中将包含零点残余电压。
动方向。
为了达到能辨别移动方向及消除零点残余电动势为了达到能辨别移动方向及消除零点残余电动势目的,实际测量时,常常采用差动整流电路和相目的,实际测量时,常常采用差动整流电路和相敏检波电路。
敏检波电路。
37.1差动整流电路38.4.2.3差动变压器式传感器的应用差动变压器不仅可以直接用于位移测量,而且还差动变压器不仅可以直接用于位移测量,而且还可以测量与位移有关的任何机械量,如振动、加可以测量与位移有关的任何机械量,如振动、加速度、应变、压力、张力、比重和厚度等。
速度、应变、压力、张力、比重和厚度等。
39.LL11、LL22传传感感器器作作两两个个桥桥臂臂;
CC11、CC22为为另另外外两两个个桥桥臂臂;
DD11-D-D44组成相敏整流器组成相敏整流器;
磁饱和变压器磁饱和变压器T提供桥压。
提供桥压。
差动变压器式测厚仪40.1振动和加速度的测量振动传感器及其测量电路振动传感器及其测量电路1弹性支撑弹性支撑2差动变压器差动变压器41.2力和压力的测量差动变压器式力传感器差动变压器式力传感器1上部上部2衔铁衔铁3线圈线圈4变形部变形部5下部下部42.微压力传感器1差动变压器差动变压器2衔铁衔铁3罩壳罩壳4插头插头5通孔通孔6底座底座7膜盒膜盒8接头接头9线路板线路板电感式微压力传感器电感式微压力传感器43.课堂小结11、电感式传感器工作原理,能测量哪些物理量?
电感式传感器工作原理,能测量哪些物理量?
22、三种自感式传感器的工作原理、特点、应用范围;
三种自感式传感器的工作原理、特点、应用范围;
33、带相敏整流交流电桥是怎样判断衔铁移动方向的带相敏整流交流电桥是怎样判断衔铁移动方向的?
44、零点残余电压是如何产生的,对传感器性能会
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