2----第3章常用传感器-1总结

3.3.3电感式传感器电感式传感器建立在电磁感应的基础上，利用线圈自感或互感的变化实现测量的。分类:电感式传感器自感型涡流式互感型1.自感型自感:当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势，此感应电势相当于一个“新电源”。电感线圈中的自感电动势总是阻碍线圈中的电流变化。1.自感型自感量Rm—磁路总磁阻N—匝数mRNL21.自感型自感量其中RF—导磁体总磁阻，Rδ—气隙总磁阻，l、μ、S分别是磁路的长度、磁导率和等效截面积。002ARmFmFFFllRRRSSddddmm=+=+1.自感型通常RδRF，可见，当气隙的长度、有效截面积或磁路的磁导率发生变化时，传感器线圈的自感都将发生变化。22NSNLRlddddm?1）变气隙式自感传感器气隙长度lδ发生变化，从而使传感器线圈电感发生变化。其灵敏度为：由于其灵敏度在测量过程中是变化的，故变气隙式电感传感器的输出特性是非线性的。22ddNSLSllddddm==-2）变面积式自感传感器磁通截面积随被测量而变。灵敏度为：在忽略气隙磁通边缘效应的条件下，变面积式自感传感器输出特性呈线性，因此可望得到较大的线性范围。与变气隙式相比较，其灵敏度较低。2ddNLSSldddm==3）螺管式自感传感器衔铁在线圈中伸入长度的变化，将引起磁路的磁导率发生变化，进而导致螺管线圈电感量的变化。对于长螺管线圈lr，当衔铁工作在螺管的中部时，可以认为线圈内磁场强度是均匀的，线圈电感量L与衔铁的插入深度大致上成正比。lrx2ra线圈衔铁4）自感式电感传感器的应用电感式滚柱直径分选装置电感式滚柱直径分选装置电感传感器在仿形机床中的应用电感式不圆度计原理自感式传感器在粗糙度测量中的应用2.互感型——差动变压器式传感器互感：两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。2.互感型——差动变压器式传感器互感电动势M称为互感，其大小与两线圈相对位置及周围介质的导磁能力等因素有关dtdiMe122.互感型——差动变压器式传感器这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，即当一次线圈接入激励电源后，二次线圈就将产生感应电动势，当两者间的互感量变化时，感应电动势也相应变化。一般地，这种传感器的二次线圈有两个，且采用差动接法，故称为差动变压器式传感器，简称差动变压器。U1L21．．U2．～～L22E22E21．～R22R21R1M1M21）差动变压器传感器工作原理螺旋管式2）差动变压器的结构变间隙式螺线管式变截面积式(e)、(f)变截面式差动变压器(a)、(b)变间隙式差动变压器(c)、(d)螺线管式差动变压器3）互感式电感传感器的应用液位测量沉筒式液位计将水位变化转换成位移变化，再转换为电感的变化，差动变压器的输出反映液位高低。3）互感式电感传感器的应用电感式测厚仪:3）互感式电感传感器的应用电感式压力传感器p2314输出图3.2气体压力传感器结构示意图3.涡流式1）工作原理：根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，称之为电涡流或涡流，这种现象称为涡流效应。涡流传感器是利用电涡流效应，将位移、温度等非电量转换为阻抗的变化或电感的变化从而进行非电量电测的。1）工作原理涡电流效应：将块状金属导体置于通有交变电流的传感器线圈磁场中。根据法拉第电磁感应原理，由于电流的变化，在线圈周围就产生一个交变磁场，当被测导体置于该磁场范围之内，被测导体内便产生电涡流，电涡流也将产生一个新磁场，和方向相反，抵消部分原磁场，从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因素发生变化。2）电涡流式传感器的结构电涡流传感器低频透射式（测厚）高频反射式（测位移）（1）高频反射式涡流传感器高频(lMHz)激励电流，产生的高频磁场作用于金属板的表面，在金属板表面将形成涡电流。与此同时，该涡流产生的交变磁场又反作用于线圈，引起线圈自感L或阻抗ZL的变化，其变化与距离、金属板的电阻率ρ、磁导率μ、激励电流i，及角频率ω等有关。（2）低频透射式涡流传感器发射线圈ω1和接收线圈ω2分别放在被测材料G的上下，低频电压e1加到线圈ω1的两端后，在周围空间产生一交变磁场，并在被测材料G中产生涡流i，此涡流损耗了部分能量，使贯穿ω2的磁力线减少，从而使ω2产生的感应电势e2减小。e2的大小与G的厚度及材料性质有关。（2）低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器多用于测定材料厚度。实验证明，e2随材料厚度h增加按负指数规律减小。因而按e2的变化便可测得材料的厚度。3）电涡流式传感器的应用径向振动测量轴心轨迹测量3）电涡流式传感器的应用转速测量穿透式测厚3）电涡流式传感器的应用零件计数器表面裂纹测量油管检测测量尺寸、公差及零件识别通过测量间隙来测定热膨胀引起的上下平移3）电涡流式传感器的应用电感式传感器的应用实例变气隙式电感测微仪差动变压器式加速度传感器稳压电源振荡器检波器滤波器～220Va输出1悬臂梁；2差动变压器；3衔铁12a3用于测定振动物体的频率和振幅时其激磁频率必须是振动频率的十倍以上，才能得到精确的测量结果。可测量的振幅为(0.1～5)mm，振动频率为(0～150)Hz。1接头；2膜盒；3底座；4线路板；5差动变压器；6衔铁；7罩壳1234567微压力变送器可分档测量(–5×105～6×105)N/m2压力，输出信号电压为(0～50)mV，精度为1.5级。电感测微仪探头测量电桥交流放大相敏检波指示器振荡器测量力或压力张力测量3.3.3电容式传感器1.原理：将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电容器,它的电容量为:当被测量δ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。+++AAC02.电容式传感器分类1)极距变化型灵敏度灵敏度与极距平方成反比，极距越小，灵敏度越高，极距的变化将引起非线性误差。通常取极距变化范围为20ddACS1.02.电容式传感器分类2)面积变化型平面线位移型灵敏度ConstbxCSxCbxC00dd2.电容式传感器分类角位移型灵敏度CrC220ConstrCS2dd202.电容式传感器分类圆柱体线位移型面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极板变化型相比，灵敏度较低，适用于较大角位移及直线位移的测量。ConstdDxCSxCdDxC/ln2dd/ln2002.电容式传感器分类3)介质变化型变介电常数型电容传感器由于存在边缘效应,仍然有非线性3.等效电路L为包括引线和电容器本身的电感；r包括引线电阻、极板电阻和金属支架电阻；Rg是极间等效漏电阻，包含极板间的漏电损耗和介质损耗、极板与外界间的漏电损耗和介质损耗；C0为传感器本身的电容；Cp为引线电缆、所接测量电路及极板与外界所形成的总寄生电容。4.测量电路电容传感器的特点：电容量小，变化更小（PF级）。理论上，交流电桥可作为电容传感器的测量电路，但由于电容及变化太小，不易实现。4.测量电路电桥型电路：将电容的变化转化为电压的输出4.测量电路调频电路：将电容的变化转化为频率的变化LCf214.测量电路运算放大器电路：使极距的变化与电容的变化量间成线性关系AC00xyCCuu00ACuuy0005.电容传感器的应用电容式加速度传感器5.电容传感器的应用在汽车悬挂系统中的应用5.电容传感器的应用在汽车气囊系统中的应用：当汽车发生碰撞事故时，汽车和障碍物之间碰撞的结果导致汽车速度急剧下降，速度从35km/h降到零的时间约150ms左右。5.电容传感器的应用电容测厚仪:电容测厚仪主要用于测量金属带材在轧制过程中的厚度，其工作原理如图所示。电容式油量表图4.17电容式油量表示意图1：油箱；2：圆柱形电容器；3：伺服电机；4－减速器电容式物位计KHHdDCxln20