1、自感式感測器的工作原理
電感值與以下幾個引數有關:與線圈匝數w平方成正比;與空氣隙有效截面積S0成正比;與空氣隙長度l0所反比。
2、靈敏度與非線性
氣隙型其靈敏度為:差動式感測器其靈敏度:
以上結論在滿足Δl/l0<<1時成立。
從提高靈敏度的角度看,初始空氣隙l0距離人應儘量小。其結果是被測量的範圍也變小。同時,靈敏度的非線性也將增加。如採用增大空氣隙等效截面積和增加線圈匝數的方法來提高靈敏度,則必將增大感測器的幾何尺寸和重量。這些矛盾在設計感測器時應適當考慮。與截面型自感感測器相比,氣隙型的靈敏度較高。但其非線性嚴重,自由行程小,製造裝配困難。因此近年來這種型別的使用逐漸減少。差動式感測器其靈敏度與單極式比較。其靈敏度提高一倍,非線性大大減小。
3、等效電路
自感式感測器從電路角度來看並非純電感,它既有線圈的銅耗,又有鐵芯的渦流及磁滯損耗,這可用摺合的有功電阻抗Rq表示。此外,無功阻抗除電感之外還包括繞組間分佈電容。這部分電容用集總引數C表示,一個電感線圈的完整等效電路可用圖3-4表示。
式中 Rm---磁路總磁阻;
Za---鐵芯部分的磁阻抗;
Z0--空氣隙的磁阻抗。
4、轉換電路
一、調幅電路
調幅電路的一種主要形式是交流電橋。圖(a)所示為交流電橋的一般形式。橋臂Zi可以是電阻、電抗或阻抗元件。當空載時,其輸出稱為開路輸出電壓,表示式如下。式中U為電源電壓。
圖 交流電橋的一般形式及等效電路
(a)電阻平衡臂電橋 (b)變壓器電橋
二、調頻電路
調頻電路的基本原理是感測器電感L變化將引起輸出電壓頻率f的變化。一般是把感測器電感L和一個固定電容C接入一個振盪迴路中,如圖(a)所示。當L變化時,振盪頻率隨之變化,根據的f大小即可測出被測量值。當L有了微小變化ΔL後,頻率變化Δf為
圖 調頻電路
三、調相電路
調相電路的基本原理是感測器電感L變化將引起輸出電壓相位φ的變化。圖(a)所示是一個相位電橋,一臂為感測器L,另一臂為固定電阻R。設計時使電感線圈具有高品質因數。忽略其損耗電阻,則電感線圈與固定電阻上壓降UL與UR互相垂直,如圖(b)所示。當電感L變化時,輸出電壓U0的幅值不變,相位角φ隨之變化。
φ與L的關係為
式中ω--電源角頻率
圖 調相電路
5、零點殘餘電壓
它表現在電橋預平衡時,無法實現平衡,最後總要存在著某個輸出值ΔU0,這稱為零點殘餘電壓,如圖所示。
圖 U0-l特性
6、自感式感測器的特點以及應用
自感式感測器有如下幾個特點:
①靈敏度比較好,目前可測0.1μm的直線位移,輸出訊號比較大、信噪比較好;
②測量範圍比較小,適用於測量較小位移;
④消耗功率較大,尤其是單極式電感感測器,這是由於它有較大的電磁吸力的緣故;
⑤工藝要求不高,加工容易。
1、自感式感測器的工作原理
電感值與以下幾個引數有關:與線圈匝數w平方成正比;與空氣隙有效截面積S0成正比;與空氣隙長度l0所反比。
2、靈敏度與非線性
氣隙型其靈敏度為:差動式感測器其靈敏度:
以上結論在滿足Δl/l0<<1時成立。
從提高靈敏度的角度看,初始空氣隙l0距離人應儘量小。其結果是被測量的範圍也變小。同時,靈敏度的非線性也將增加。如採用增大空氣隙等效截面積和增加線圈匝數的方法來提高靈敏度,則必將增大感測器的幾何尺寸和重量。這些矛盾在設計感測器時應適當考慮。與截面型自感感測器相比,氣隙型的靈敏度較高。但其非線性嚴重,自由行程小,製造裝配困難。因此近年來這種型別的使用逐漸減少。差動式感測器其靈敏度與單極式比較。其靈敏度提高一倍,非線性大大減小。
3、等效電路
自感式感測器從電路角度來看並非純電感,它既有線圈的銅耗,又有鐵芯的渦流及磁滯損耗,這可用摺合的有功電阻抗Rq表示。此外,無功阻抗除電感之外還包括繞組間分佈電容。這部分電容用集總引數C表示,一個電感線圈的完整等效電路可用圖3-4表示。
式中 Rm---磁路總磁阻;
Za---鐵芯部分的磁阻抗;
Z0--空氣隙的磁阻抗。
4、轉換電路
一、調幅電路
調幅電路的一種主要形式是交流電橋。圖(a)所示為交流電橋的一般形式。橋臂Zi可以是電阻、電抗或阻抗元件。當空載時,其輸出稱為開路輸出電壓,表示式如下。式中U為電源電壓。
圖 交流電橋的一般形式及等效電路
(a)電阻平衡臂電橋 (b)變壓器電橋
二、調頻電路
調頻電路的基本原理是感測器電感L變化將引起輸出電壓頻率f的變化。一般是把感測器電感L和一個固定電容C接入一個振盪迴路中,如圖(a)所示。當L變化時,振盪頻率隨之變化,根據的f大小即可測出被測量值。當L有了微小變化ΔL後,頻率變化Δf為
圖 調頻電路
三、調相電路
調相電路的基本原理是感測器電感L變化將引起輸出電壓相位φ的變化。圖(a)所示是一個相位電橋,一臂為感測器L,另一臂為固定電阻R。設計時使電感線圈具有高品質因數。忽略其損耗電阻,則電感線圈與固定電阻上壓降UL與UR互相垂直,如圖(b)所示。當電感L變化時,輸出電壓U0的幅值不變,相位角φ隨之變化。
φ與L的關係為
式中ω--電源角頻率
圖 調相電路
5、零點殘餘電壓
它表現在電橋預平衡時,無法實現平衡,最後總要存在著某個輸出值ΔU0,這稱為零點殘餘電壓,如圖所示。
圖 U0-l特性
6、自感式感測器的特點以及應用
自感式感測器有如下幾個特點:
①靈敏度比較好,目前可測0.1μm的直線位移,輸出訊號比較大、信噪比較好;
②測量範圍比較小,適用於測量較小位移;
④消耗功率較大,尤其是單極式電感感測器,這是由於它有較大的電磁吸力的緣故;
⑤工藝要求不高,加工容易。