电感式,电容式,压电式,磁电式传感器-传感器测量原理.ppt

4.5.3 电容式料位传感器 下图是电容式料位传感器结构示意图。测定电极安装在罐的顶部，这样在罐壁和测定电极之间就形成了一个电容器。 4.5 电容式传感器的应用 ◆检测出这种电容量的变化就可测定物料在罐内的高度。 传感器的静电电容可由下式表示： 式中： k ——比例常数； ——被测物料的相对介电常数； ——空气的相对介电常数； D——储罐的内径； d ——测定电极的直径； h ——被测物料的高度。 4.5 电容式传感器的应用 假定罐内没有物料时的传感器静电电容为 ，放入物料后传感器静电电容为 ，则两者电容差为 由上式可见，两种介质常数差别越大，极径D与d相差愈小，传感器灵敏度就愈高。 电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、重量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出的装置。 优点:结构简单，工作可靠寿命长，测量精度高，零点稳定，输出功率较大等。 缺点:灵敏度、线性度和测量范围相互制约，传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量。 概述 电感式传感器种类很多，有利用自感原理的自感式传感器，利用互感原理做成的差动变压器式传感器，还有利于涡流原理的涡流式传感器、利用压磁原理的压磁式传感器等 本章主要介绍自感式、互感式和电涡流式三种传感器。 3.1 变磁阻式传感器 1-线圈；2-铁芯（定铁芯）；3-衔铁（动铁芯） 3.1 变磁阻式传感器 铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连。 当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。 电路的磁阻指由于电流引起的链合磁通量。根据电感定义，线圈中电感量可由下式确定： 3.1 变磁阻式传感器 上式中： Ψ——线圈总磁链； I ——通过线圈的电流； N——线圈的匝数； Φ——穿过线圈的磁通。 由磁路欧姆定律，得磁通表达式： ——磁路总磁阻。 对于变隙式传感器，因为气隙很小，所以可以认为气隙中的磁场是均匀的。 3.1 变磁阻式传感器 若忽略磁路磁损，则磁路总磁阻为: 式中： ——铁芯材料的导磁率(H/m)； ——衔铁材料的导磁率(H/m)； ——磁通通过铁芯的长度(m)； ——磁通通过衔铁的长度(m)； ——铁芯的截面积( )； ——衔铁的截面积( )； ——空气的导磁率(4π× H/m)； ——气隙的截面积( )； δ ——气隙的厚度(m)。 3.1 变磁阻式传感器 通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即： 则可近似认为： 联立前几式，可得 3.1 变磁阻式传感器 上式表明，当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻 的函数，只要改变δ或 均可导致电感变化。 因此变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感器和变气隙面积 的传感器。 使用最广泛的是变气隙厚度δ式电感传感器。 3.1 变磁阻式传感器 3.1 变磁阻式传感器 变隙电感式传感器由膜盒、铁芯、衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一起。 当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移，于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表指示值就反映了被测压力的大小。 3.2 互感式传感器 互感式传感器是把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感器。它根据变压器的基本原理制成，并且次级绕组都用差动形式连接，故又称为差动变压器式传感器。 差动变压器结构形式较多，有变隙式、 变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。 非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1～100mm范围内的机械位移，并具有测量精度高，灵敏度高，结构简单，性能可靠等优点。 3.2 互感式传感器 3.2.1 工作原理 螺线管式差动变压器结构如下图所示。 它由一个初级线圈，两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。 3.2 互感式传感器 螺线管式差动变压器按线圈绕组排列的方式不同，可分为一节、二节、三节、四节和五节式等类型，如图所示。 一节式灵敏度高，三节式零点残余电压较小，通常采用的是二节式和三节式两类。 3.2 互感式传感器 当初级绕组 加以激励电压 时，根据变压器的工作原理，在两个次级绕组 和 中便会产生感应电势 和 。 如果工艺上保证变压器结构完全对称，则当活动衔铁处于初始平衡位置时，必然会使两互感系数 。根据电磁感应