论文题目一：物联网中传感器的应用     微压力变送器 将差动变压器和弹性敏感元件（膜片、膜盒和弹簧管等）相结合，可以组成各种形式的压力传感器。 ～220V 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 V 振荡器 稳压电源 差动变压器 相敏检波电路 1 2 3 4 5 6 7 这种变送器可分档测量(–5×105～6×105)N/m2压力，输出信号电压为(0～50)mV，精度为1.5级。       差动变压器式加速度传感器 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。     稳压电源 振荡器 检波器 滤波器 (b) (a) ～220V 加速度a方向 a 输出 1 2 1 1 弹性支承    2 差动变压器 电感式接近传感器 电感式接近传感器应用举例 1、生产中测量产品的长度 每个脉冲对应的长度： 被测物总长度： 2、生产线工件的计数 3、机械手的限位 4、生产工件加工定位 5、时序控制     若转轴上开z 个槽(或齿)，频率计的读数为f（单位为Hz），则转轴的转速n（单位为r/min）的计算公式为  电动机转速测量 无损探伤 原理 裂纹检测，缺陷造成涡流变化。 火车轮检测 油管检测 第3章 电感式传感器 第3章 电感式传感器 第3章  电感式传感器 Inductive Sensors 绪   论        电感式传感器是利用线圈自感（self-inductance of coils ） 或互感（mutual inductance of  coils）的改变来实现测量的一种装置。可以测量位移、振动、压力、流量、比重等参数。      电感式传感器的核心部分是可变的自感或互感，在将被测量转换成线圈自感或互感的变化时，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。这类传感器的主要特征是具有电感绕组。       习惯上讲的电感式传感器通常指自感式传感器（变磁阻式reluctance variation sensors），而互感式传感器由于它利用变压器原理，又往往做成差动式，故称作差动变压器（linear variable differential  transformers(LVDTs)）此外，利用涡流原理的电涡流式传感器（Eddy current sensors ）、利用材料压磁效应（Piezo-magnetic effect）的压磁式传感器、利用平面绕组互感原理的感应同步器(Inductosyn)等，亦属电感式传感器      特  点 （1）工作可靠、寿命长； （2）灵敏度高、分辨率高;   位移:0.01μm;角度0.1”;输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm 。 （3）精度高、线性好;   在几十μm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。非线性误差：0.05%~0.1%； （4）性能稳定、重复性好。 不足：存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。 3.1自感式(变磁阻)传感器 max.book118.com理 1—线圈coil ； 2—铁芯Magnetic core ；3—衔铁Moving core self-inductance of coil is:                             式中：N----线圈的匝数             RM ------- 总磁阻 Δx        Δδ        ΔRM             ΔL                                                             因为气隙较小(0.1～1mm)，所以，认为气隙磁场是均匀的，若忽略磁路铁损，则磁路总磁阻为: 铁芯磁导率远大于空气的磁导率，因此铁芯磁阻远较气隙磁阻小 线圈自感L为： 分类： 变气隙厚度δ的电感式传感器； 变气隙面积S的电感式传感器； 变铁芯磁导率μ的电感式传感器； 自感式电感传感器常见的形式  1—线圈coil ；2—铁芯Magnetic core ；3—衔铁Moving core 变气隙式 变截面式 螺线管式 L=f（S） L=f（δ） δ L S L=f(δ)为非线性关系。当δ＝0时，L为∞，考虑导磁体的磁阻，当δ＝0时，并不等于∞，而具有一定的数值，在δ较小时其特性曲线如图中虚线所示。如移动衔铁使面积S改变，从而改变L值时,则L＝f(S)的特性曲线为一直线。  max.book118.com算与输出特性分析 变气隙式自感传感器 如图，传感器初始电感量为：  传感器工作时，若衔铁移动使气隙增加Δδ，则电感减小，变化量为ΔL： 自感的相对变化量为：  一般，    ，则上式可由泰勒级数展开成级数形式为 将上式作线性处理，忽略高次项，可得自感变化与气隙变化成近似线性关系：  变气隙式自感传感器的灵敏度为 可见，灵敏度K随初始气隙的增大而减小 。 非线性误差为: 非线性误差随    的增大而增大  采用图示差动变隙式电感传感器，可以减小非线性，提高灵敏度。  差动变隙式自感传感器的电感变化量为： 差动式电感传感器的电感相对变化量为： 当 ，上式展开成泰勒级数： 忽略高次项，可得: 差动变隙式自感传感器的灵敏度为 非线性误差为 ①差动式自感传感器的灵敏度比单线圈传感器提高一倍 ②差动式自感传感器非线性失真小,如当Δδ/δ=10％时 , 单线圈γ＜10％；而差动式的γ ＜1％ ③采用差动式传感器，还能抵消温度变化、电源波动、外界干扰、电磁吸力等因素对传感器的影响  75 50  25  0 50 75 100 L/mH δ/mm 100 25  LD 4  3  2  1  Ⅰ  Ⅱ  1 2 3 4 1 线圈Ⅰ自感特性曲线；  2 线圈Ⅱ自感特性曲线； 3 线圈Ⅰ与Ⅱ差动自感特性曲线； 4 差动电桥输出电压－位移特性曲线 δ L ΔL1 ΔL2     L0 δ0  注意！ ①当气隙δ发生变化时，自感的变化与气隙变化均呈非线性关系，其非线性程度随气隙相对变化Δδ/δ的增大而增加； ②气隙减少Δδ所引起的自感变化ΔL1与气隙增加同样Δδ所引起的自感变化ΔL2并不相等，即ΔL1＞ΔL2，其差值随Δlδ/lδ的增加而增大。 max.book118.com的信号调节电路 图中B点的电压为： 图中A点的电压为： 变压器电桥 输出电压： 讨论： （1）当铁芯处于中间位置时，Z1=Z2=Z，这时U0=0,电桥平衡； （2）当铁芯向下移动时，下面线圈的阻抗增加，Z2=Z+ΔZ，上面线圈的阻抗减小，Z1=Z-ΔZ得： 反之，当铁芯向上移动同样大小的距离时，Z2=Z-ΔZ, Z1=Z+ΔZ，得：    幅值为： 输出电压幅值为: 两种情况的输出电压大小相等，方向相反，由于E是交流电压，所以输出电压U0在输入到指示器前必须先进行整流、滤波。  电阻式桥路输出电压幅值为: max.book118.com感器精度的因素分析 1.电源电压和频率波动的影响 2.温度变化的影响 3.非线性特性的影响 4.输出电压与电源电压之间的相位差 5.零位误差的影响 6.2差动变压器式传感器 (linear variable differential transformers(LVDTs)) 分气隙
第3章电感式传感器.ppt