传感器第三章 电感式传感器

传感器第三章电感式传感器思维导图，包括自感式电感传感器、互感式电感传感器、电涡流式电感传感器的工作原理、结构、特性等内容。

电感式传感器

• 自感式电感传感器
  • 优缺点
    • 简单可靠，输出功率大
    • 输出量与电源频率有密切关系，要求有一个频率稳定的电流
  • 工作原理
    • 将非电量转换成自感系数变化的传感器，由线圈、铁心、衔铁组成。
    • 线圈电感L=Wφ/I，磁通为φ，线圈匝数W，线圈电流I
    • Rδ=2δ/μoA，Rδ为空气隙的磁阻，δ为空气隙长度，μo为空气磁导率，A为空气隙截面积
    • L=W^2 μoA/2δ，在W,μo已知的条件下，可通过改变δ和A使电感L发生变化
    • (∆Ls)/Ls =(∆L/L)1/(1-ω^2 LC)，并联电容的存在使有效电感的相对变化量增大，灵敏度增大。品质因素：Q=ωL/Ro
  • 结构类型及特性
    • 变间隙式
      • 灵敏度Ko=1/δo
      • 差动式变间隙式自感传感器--当被测物体上下移动时，导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动式。可以减小非线性误差。灵敏度Ko=2/δo
      • 1.差动式比单线圈式的灵敏度高一倍；2.差动式线性度得到明显改善
      • P44例3-1
    • 变面积式
      • 变面积式只改变气隙截面积A，并不改变铁心截面积
      • 单线圈式：灵敏度Ko=1/a
      • 差动式：灵敏度Ko=2/a
    • 螺线管式
      • P47例3-2
  • 自感式电感传感器转换电路
    • 交流电桥式转换电路（最常用）
      • 输出电压与∆δ成正比，相位与衔铁的移动方向有关
    • 变压器式电桥电路
      • 配合相敏检波电路
    • 谐振式转换电路
      • 谐振式调幅电路
        • 灵敏度高，线性差，适用于线性要求不高的场合
      • 谐振式调频电路
        • 传感器电感L的变化引起输出电压频率的变化
  • 应用
    • 测气体压力
    • 测压差
• 互感式电感传感器
  • 差动变压器式电感传感器——一次绕组输入交流电压，二次绕组感应输出信号，当互感受外界影响变化时，其感应电压也随之产生相应的变化
  • 工作原理
    • 由一二次绕组，铁心，衔铁三部分组成
    • P52
  • 结构
    • 变间隙式互感传感器
      • 灵敏度高，测量范围小，几微米至几百微米的位移
    • 变面积式互感传感器
      • 由一次绕组，两个二次绕组和插入绕组中央的铁心等组成，分辨零点几度以下的角位移，线性范围达±10°
    • 螺线管式互感传感器
      • 由一次绕组，两个二次绕组和插入绕组中央的圆柱形铁心等组成
  • 特性
    • 输出电压特性
      • 零点残余电压——最小的输出电压。在零点总有一个最小的输出电压，即衔铁位于中间位置时的差动输出电压
      • 采用相敏整流电路对输出电压进行处理，进一步改善互感式电感传感器输出电压特性
    • 灵敏度
      • 在单位电压激励下，动衔铁移动单位距离时产生的输出电压
    • 温度特性
      • 为减小温度变化引起的测量误差，一般温度控制在80°C以下工作；
      • 在低频激励下，可适当提高工作频率
    • 减小零点残余电压的方法
      • 提高差动变压器的组成结构及电磁特性的对称性
      • 引入相敏整流电路，对差动变压器输出电压进行处理
      • 采用外电路补偿
  • 转换电路
    • 差动整流电路
    • 相敏检波电路
  • 应用
    • 加速度测量
    • 液位测量
• 电涡流式电感传感器
  • 利用金属导体中的涡流与激励磁场之间进行电磁场能量传递而实现的，因此也必须有一个交变磁场的激励源。
  • 工作原理
    • 电涡流效应
      • 电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，该电流的流线呈闭合回线，类似水涡形状，这种现象即为电涡流效应
  • 结构
    • 变间隙式
    • 变面积式
    • 螺线管式
    • 低频透射式
  • 特性
    • 被测体材料对测量的影响
    • 被测体大小和形状对测量的影响
    • 传感器形状和大小对传感器灵敏度的影响
  • 转换电路
    • 调频式电路
    • 调幅式电路
  • 应用
    • 位移测量
    • 振幅测量
    • 转速测量
    • 电涡流探伤