传感器第七课

授课班级电子1001班第7次课授课时间3月14日星期三月日星期月日星期授课地点知行楼401教学目的：掌握自感式传感器的工作原理及测量电路教学方法：举例法讲授法重点：自感式传感器的工作原理难点：自感式传感器的测量电路能力培养：利用线圈自感量的变化测量被测量教具：多媒体F220V实验：气隙变小，电感变大，电流变小F1820年，奥斯特发现了电流的磁效应。1831年，法拉第发现了电磁感应现象。电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，导致线圈电感量改变来实现测量的。电感式传感器电磁感应被测非电量自感系数L互感系数M测量电路U、I、f自感式传感器互感式传感器电涡流式传感器3.1.1自感式传感器的工作原理INΦL总磁阻线圈匝数MRINΦ两式联立得:MRNL2δ线圈铁芯衔铁Δδ图3-1变磁阻式传感器I为线圈中所通交流电的有效值。2202ANRNL空气导磁率磁导率导磁率H/m而其中如果A保持不变，则L为δ的单值函数，构成变间隙式自感传感器若保持δ不变，使A随被测量（如位移）变化，则构成变面积式自感传感器，RRRFMRRF222111ALALRFAR0200220ANL衔铁上移3.1.2变间隙式自感传感器的输出特性δ线圈铁芯衔铁Δδ0,忽略高次项：LL1LLK时，当10衔铁下移0,输出特性的非线性：为获得较好的线性关系，需限制测量范围，使衔铁位移在较小范围内变化，，一般取2.0~1.0为获得较高灵敏度，气隙初始值不宜过大。适用于微小位移的测量，测量范围为0.001~1mm。输出特性为线性，因此测量范围大，。变面积式电感传感器螺管式电感传感器工作原理：当铁芯在线圈中运动时，将改变磁阻，使线圈自感发生变化。特点：结构简单，制作容易，但灵敏度低，适用于较大位移的测量。3.1.3差动式自感传感器在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁，构成差动式自感传感器，两个线圈的电气参数和几何尺寸要求完全相同。这种结构可以改善输出特性的非线性、提高灵敏度。图3-4是变气隙型、变面积型及螺管型三种类型的差动式自感传感器的结构示意图。当衔铁3移动时，一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减少，形成差动形式。图3-4差动式自感传感器1-线圈2-铁芯3-衔铁4-导杆（a）变气隙型432131412344（b）变面积型（c）螺管型请分析：灵敏度、线性度有何变化？图3-8变压器交流电桥Z1Z2IABCD~ACAUZZZU212电桥A点的电位为：2ACBUU211202ZZZZUUUUUACBAAB电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗2ACU2ACU0U3.1.4自感式传感器的测量电路初始位置：衔铁上移：LLUZZUUACAC220,ZZZ210ABU,1ZZZZZZ2衔铁下移：ZZZ1ZZZ2LLUZZUUACAC220）（18420LLUUACAB若线圈的Q值很高，损耗电阻可忽略，则由上式可知，输出电压的幅值反应了衔铁移动的距离，由于输入是交流电，无法判断衔铁移动的方向。（可用相敏检波电路）zU差动变压器的特性:★零点残余电压产生原因制造工艺:两个次级线圈的电气参数或几何尺寸不完全对称即M1=M2时,Uo≠0磁性材料的非线性.同时由于磁滞损耗、外磁场干扰,产生了不规则的波形授课班级应电0601班第7次课授课时间12月2日星期二月日星期月日星期授课地点科技楼105教学目的：掌握差动变压器式传感器的工作原理及其测量电路教学方法：举例法讲授法重点：差动变压器式传感器的工作原理难点：差动变压器式传感器的测量电路及温度补偿能力培养：掌握电阻传感器的用途教具：多媒体3.2.1互感式传感器的结构与工作原理目前多采用螺管型差动变压器。3.2互感式传感器---差动变压器将被测位移量转换为传感器互感的变化，使次级线圈感应电压也发生相应的变化。uo差动变压器的等效电路LPRS2LS1M1M2LS2RS1RP～～～iU0U差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响）时的等效电路：当次级开路时，初级绕组的交流电流为：PP.iP.LjRUI次级绕组的感应电动势为：.P.IMjU11.P.IMjU22由于次级绕组反向串接，故差动变压器输出电压为19-4.120PPiLjRUMMjU其有效值为22120PPiLRUMMU①衔铁处于中间位置时，M1=M2=M，U0=0②衔铁上升时，M1=M+ΔM，M2=M-ΔMLRMUUPPi2202③衔铁下降时，M1=M-ΔM，M2=M+ΔMLRMUUPPi22023.2.3差动变压器的测量电路1.差动整流电路图3-14全波差动整流电路R2R1abhgcfde1U0U++3.2.3差动变压器的测量电路1.差动整流电路图3-14全波差动整流电路R2R1abHgcfde1U0UhgdcghdcUUUUU0无论次级线圈的输出瞬时电压极性如何，整流电路的输出电压U0始终等于R1、R2两个电阻上的电压差。++铁芯在零位以上铁芯在零位ttUdcUghtU0UdctttUghU0tUdctUghtU0铁芯在零位以下全波差动整流电路电压波形结论：铁芯在零位以上或零位以下时，输出电压的极性相反，零点残存电压自动抵消。容易做到输出平衡，便于阻抗匹配。图中比较电压Ｕ２和Ｕ１同频，经过移相器使Ｕ２和Ｕ１保持同相或反相，且满足Ｕ２＞＞Ｕ１。2．二级管相敏检波电路正半周时LRRui14L3RRui2因为是从中心抽头，所以u1=u２，故i３=i４。流经RL的电流为i０=i４－i３=０负半周时L2RRui1L1RRui2同理可知i１=i２，所以流经RL的电流为i０=i１－i２=０i1i2当衔铁在零位以上时，位移x（t）0，Ｕ１与Ｕ２同频同相。正半周时LRReui214L2RReui23故i４＞i３，流经RL的电流为i０=i４－i３＞０负半周时L121RReuiL112RReui故i１＞i２，流经RL的电流为i０=i１－i２＞０Ｕ２正半周Ｕ１负半周LRReui214L2RReui23故i４＜i３。流经RL的电流为i０=i４－i３＜０当衔铁在零位以下时，位移x（t）＜0，i4i3同理:在Ｕ２负半周Ｕ１正半周时：i１＜i２。流经RL的电流为i０=i１－i２＜０．L121RReuiL112RReui结论：１．衔铁在中间位置时，无论参考电压是正半周还是负半周，在负载RL上的输出电压始终为0。２．衔铁在零位以上移动时，无论参考电压是正半周还是负半周，在负载RL上得到的输出电压始终为正。３．衔铁在零位以下移动时，无论参考电压是正半周还是负半周，在负载RL上得到的输出电压始终为负。由此可见，该电路能判别铁芯移动的方向。3.2.4差动变压器的应用测量位移，如厚度的检测。张力的检测