《传感器原理与传感器技术 教学课件 ppt 作者 贾石峰 主编 第3，4章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器原理与传感器技术 教学课件 ppt 作者 贾石峰 主编 第3，4章（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、28014C,第3章 电感式传感器,3.1 自感式电感传感器 3.2 互感式电感传感器 3.3 电涡流式传感器,28014C,3.1 自感式电感传感器,3.1.1 自感式电感传感器的工作原理 3.1.2 自感式电感传感器的结构类型及特性 3.1.3 自感式电感传感器的转换电路 3.1.4 自感式电感传感器的应用,28014C,3.1.1 自感式电感传感器的工作原理,图3-1 自感式电感传感器 的结构原理图 1线圈 2铁心 3衔铁,28014C,3.1.1 自感式电感传感器的工作原理,图3-2 等效电路,28014C,3.1.2 自感式电感传感器的结构类型及特性,1.变间隙式自感传感器 2.变面
2、积式自感传感器 3.螺线管式电感传感器,28014C,1.变间隙式自感传感器,1)差动式比单线圈式的灵敏度高一倍； 2)差动式的非线性项等于单线圈式的非线性项乘以/0因子，因为/01，所以，差动式的线性度得到明显改善。,28014C,1.变间隙式自感传感器,图3-3 变间隙式电感传感器的结构图 a)单线圈式 b)差动式,28014C,1.变间隙式自感传感器,图3-4 变隙式电感式 传感器的L-特性,28014C,2.变面积式自感传感器,图3-5 变面积式电感传感器 a)单线圈式 b)差动式 1线圈 2铁心 3衔铁,28014C,3.螺线管式电感传感器,图3-6 螺线管式电感传感器的结构原理图
3、a)单线圈式 b)差动式 1线圈 2磁性套筒 3衔铁,28014C,3.1.3 自感式电感传感器的转换电路,1.交流电桥式转换电路 2.变压器式电桥电路 3.谐振式转换电路,28014C,1.交流电桥式转换电路,图3-7 交流电桥 式转换电路,28014C,2.变压器式电桥电路,图3-8 变压器式电桥 电路原理图,28014C,3.谐振式转换电路,图3-9 谐振式调幅电路 a)电路原理图 b)输出电压与电感的关系,28014C,3.谐振式转换电路,图3-10 谐振式调频电路 a)电路原理图 b)输出频率与电感的关系,28014C,3.1.4 自感式电感传感器的应用,1.测气体压力的传感器 2.
4、测压差的传感器,28014C,图3-11 气体压力传感器的结构图,28014C,图3-12 压差传感器 1、6外壳 2、7两个差接电感传感器的铁心 3、8线圈 5可动衔接 4、9导气孔道,28014C,3.2 互感式电感传感器,3.2.1 互感式电感传感器的工作原理 3.2.2 互感式电感传感器的结构及特性 3.2.3 互感式电感传感器的转换电路 3.2.4 互感式电感传感器的应用,28014C,3.2.1 互感式电感传感器的工作原理,图3-13 互感式电感传感器的 结构原理图,28014C,3.2.1 互感式电感传感器的工作原理,图3-14 互感式电感传感器的等效电路,28014C,3.2.
5、2 互感式电感传感器的结构及特性,1.互感式电感传感器的结构 2.互感式电感传感器的主要特性,28014C,1.互感式电感传感器的结构,(1)变间隙式互感传感器 变间隙式互感传感器的结构如图3-15所示，这种类型的传感器灵敏度较高，但测量范围小，一般用于测量几微米至几百微米的位移。 (2)变面积式互感传感器 变面积式互感传感器的结构如图3-16所示，它由一次绕组、两个二次绕组和插入绕组中央的铁心等组成。 (3)螺线管式互感传感器 螺线管式互感传感器的结构如图3-17所示，它由一次绕组、两个二次绕组和插入绕组中央的圆柱形铁心等组成。,28014C,图3-15 变隙式互感传感器的结构,28014C
6、,图3-16 变面积式互感传感器的结构,28014C,2.互感式电感传感器的主要特性,(1)输出电压特性 图3-18所示为互感式电感传感器的输出电压与动衔铁位移的关系曲线，图中u21和u22为两个二次绕组的电压，空载时u21=e21，u22=e22；图中V字形点划线表示理想状态下两个二次绕组的差动输出电压特性，对应的实线表示实际状态下两个二次绕组的差动输出电压特性。 (2)灵敏度 互感式电感传感器的灵敏度是指其在单位电压的激励下，动衔铁移动单位距离时所产生的输出电压，以mV/mmV表示，一般大于50mV/mmV。 (3)温度特性 组成互感式电感传感器的各个结构件的材料性能都受温度的影响，产生测
7、量误差，影响最大的是一次绕组的电阻温度系数，在温度变化时，引起初级电流I1发生变化，致使输出电压随温度变化而变化。 (4)零点残余电压的消除方法,28014C,图3-17 螺线管式互感传感器的结构 1活动衔铁 2导磁外壳 3骨架 4匝数为的一次绕组 5匝数为 的二次绕组 6匝数为的二次绕组,28014C,图3-18 互感式电感传感器的输出电压特性,28014C,图3-19 互感式电感传感器的外补偿电路 a)RR b)RC c)RL,28014C,3.2.3 互感式电感传感器的转换电路,1.差动整流电路 2.相敏检波电路,28014C,1.差动整流电路,图3-20 差动整流电路 a)全波电流输出
8、 b)半波电流输出 c)全波电压输出 d)半波电压输出,28014C,2.相敏检波电路,(1)载波信号为上半周(0) u与uo同相，即变压器A二次输出电压u1上正下负，u2上正下负；变压器B二次输出电压uo1左正右负，uo2左正右负。 (2)载波信号为下半周(2) 变压器A二次输出电压u1上负下正，u2上负下正；变压器B二次输出电压uo1左负右正，uo2左负右正。,28014C,2.相敏检波电路,图3-21 相敏检波电路原理图 a)相敏检波电路 b) x(t)0，0 c) x(t)0，2 d) x(t)0，0 e) x(t)0，2,28014C,图3-22 采用相敏检波电路后的 电压输出波形
9、1采用相敏检波电路前的输出电压曲线 2采用相敏检波电路后的输出电压曲线,28014C,3.2.4 互感式电感传感器的应用,1.加速度测量 2.液位测量,28014C,图3-23 加速度传感器的结构及其转换电路 a)结构示意图 b)转换电路框图 1、3弹性支撑 2差动变压器 4被测加速度方向,28014C,2.液位测量,图3-24 液位测量原理图 1铁心 2液灌 3浮子,28014C,3.3 电涡流式传感器,3.3.1 电涡流式传感器的工作原理 3.3.2 电涡流式传感器的结构及特性 3.3.3 电涡流式传感器的转换电路 3.3.4 电涡流式传感器的应用,28014C,3.3.1 电涡流式传感器
10、的工作原理,图3-25 电涡流式传感器的工作原理和等效电路 a)工作原理图 b)等效电路 1磁通 2电涡流,28014C,3.3.2 电涡流式传感器的结构及特性,1.电涡流式传感器的结构 2.电涡流式传感器的基本特性,28014C,1.电涡流式传感器的结构,(1)变间隙式 这种传感器最常用的结构形式是采用扁平线圈，金属体与线圈平面平行放置，如图3-26a所示。 (2)变面积式 其基本组成同变间隙式，但它是利用金属体与传感器线圈之间相对覆盖面积的变化而引起涡流效应变化的原理工作的。 (3)螺线管式 图3-27所示为差动螺线管式电涡流传感器的结构示意图。 (4)低频透射式 它由两个分别处在金属体两
11、边的线圈组成。,28014C,图3-26 电涡流式传感器 a)变间隙式 b)变面积式 1金属体 2插座 3线圈 4支座 5引出线 6保护罩 7传感器 8被测圆筒,28014C,2.电涡流式传感器的基本特性,(1)被测体材料对测量影响 线圈的阻抗Z的变化与材料电阻率、磁导率有关，它们将影响电涡流的贯穿深度，影响损耗功率，从而引起传感器灵敏度的变化。 (2)被测体大小和形状对测量的影响 被测物体的面积比传感器相对应的面积大很多时，灵敏度不发生变化；当被测物体面积为传感器线圈面积的一半时，其灵敏度减少一半；面积更小时，灵敏度显著下降。 (3)传感器形状和大小对传感器灵敏度的影响 传感器的主要构成是线
12、圈，它的形状和尺寸关系到传感器的灵敏度和测量范围，而灵敏度和线性范围是与线圈产生的磁场分布有关。,28014C,图3-29 电涡流线圈的-x曲线,28014C,3.3.3 电涡流式传感器的转换电路,1.调频式电路 2.调幅式电路,28014C,图3-30 调频测量电路,28014C,图3-31 调幅测量电路,28014C,3.3.4 电涡流式传感器的应用,1.位移测量 2.振幅测量 3.转速测量 4.电涡流探伤,28014C,图3-32 位移测量,28014C,图3-33 振幅测量,28014C,图3-34 转速测量,28014C,图3-35 涡流探伤时的测试信号 a)未通过幅值甄别的信号 b
13、)通过幅值甄别的信号 1裂缝信号 2干扰信号,28014C,图3-36 题3-11图,28014C,图3-37 题3-13图,28014C,图3-38 题3-14图,28014C,图3-39 题3-15图,28014C,第4章 电容式传感器,4.1 电容式传感器的工作原理 4.2 电容式传感器的类型及特性 4.3 电容式传感器的转换电路,28014C,4.1 电容式传感器的工作原理,图4-1 平板电容器的原理图,28014C,4.1 电容式传感器的工作原理,图4-2 电容式传感器的等效电路,28014C,4.2 电容式传感器的类型及特性,4.2.1 变极距型电容式传感器 4.2.2 变面积型电
14、容式传感器 4.2.3 变介质型电容式传感器,28014C,4.2 电容式传感器的类型及特性,表4-1 电容式传感器的结构形式,28014C,4.2 电容式传感器的类型及特性,表4-1 电容式传感器的结构形式,28014C,4.2 电容式传感器的类型及特性,表4-1 电容式传感器的结构形式,28014C,4.2.1 变极距型电容式传感器,图4-3 电容传感器的特性曲线,28014C,4.2.1 变极距型电容式传感器,图4-4 放置云母片的电容器,28014C,4.2.1 变极距型电容式传感器,图4-5 差动平板式电容传感器的结构图,28014C,4.2.2 变面积型电容式传感器,1.线位移式变
15、面积型 2.角位移式变面积型,28014C,1.线位移式变面积型,图4-6 变面积型电容传感器原理图 a)动极板移动 b)中间极板移动,28014C,2.角位移式变面积型,图4-7 电容式角位移传 感器的原理图,28014C,4.2.3 变介质型电容式传感器,图4-8 线位移式变介质电容传感器的结构图,28014C,4.3 电容式传感器的转换电路,4.3.1 调频转换电路 4.3.2 运算放大器式电路 4.3.3 二极管双T型交流电桥,28014C,4.3.1 调频转换电路,图4-9 电容式传感器调频测量电路的原理框图,28014C,4.3.2 运算放大器式电路,图4-10 运算放大器式电路的
16、原理图,28014C,4.3.3 二极管双T型交流电桥,图4-11 二极管双T型交流电桥电路 a)电桥电路图 b)充电放电电路图 c)充电放电电路图,28014d,4.3.4 脉冲宽度调制电路,1)不论是极距变化型或面积变化型，其输入与输出变化量都呈线性关系，而且脉冲宽度调制电路对传感元件的线性度要求不高。 2)不需要解调电路，只要经过低通滤波器就可以得到直流输出。 3)调制脉冲频率的变化对输出无影响。 4)由于采用直流稳压电源供电，不存在对其波形及频率的要求。,28014d,4.3.4 脉冲宽度调制电路,图4-12 脉冲宽度调制电路和其输出电压波形 a)差动脉冲调宽电路 b)=时各点电压波形 c)时各点电压波形,28014d,4.4 电容式传感器的应用,4.4.1 电容式压力传感器 4.4.2 差动式电容测厚传感器 4.4.3 电容式料位传感器 4.4.4 电容式位移传感器测距电路,28014d,图4-16 电容位移传感器测
