电感式传感器-6

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1、第6章电感式传感器6.1电感式传感器6.1.1电感传感器的工作原理和等效电路6.1.2电感式传感器的结构类型及特性6.1.3电感传感器的测量电路6.2差动变压器式电感传感器6.2.1工作原理6.2.2差动变压器式传感器的特性6.3电涡流式传感器6.3.1电涡流式传感器的工作原理及特性6.3.2电涡流式传感器结构型式及特点6.3.3影响涡流传感器灵敏度的因素6.3.4测量电路6.4电感式传感器的应用6.4.1电感传感器的应用6.4.2电涡流传感器的应用电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测的物理量如

2、位移、压力、流量、振动等转换成线圈的自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，实现由非电量到电量转换的装置。将非电量转换成自感系数变化的传感器通常称为自感式传感器（又称电感式传感器），而将非电量转换成互感系数变化的传感器通常称为互感式传感器（又称差动变压器式传感器）。电感式传感器种类很多，本章主要介绍自感式、互感式和涡流式三种传感器。在电路中，当电流流过导体时，会产生电磁场，电磁场的大小除以电流的大小就是电感，电感的定义是L=phi/i,单位是韦伯电感是衡量线圈产生电

3、磁感应能力的物理量。给一个线圈通入电流，线圈周围就会产生磁场，线圈就有磁通量通过。通入线圈的电源越大，磁场就越强，通过线圈的磁通量就越大。实验证明，通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的，它们的比值叫做自感系数，也叫做电感。如果通过线圈的磁通量用φ表示，电流用I表示，电感用L表示，那么L＝φ／I电感的单位是亨（H），也常用毫亨（mH）或微亨（uH）做单位。1H=1000mH，1H=1000000uH。电感只能对非稳恒电流起作用，它的特点两端电压正比于通过他的电流的瞬时变化率（导数），比例系数就是它

4、的“自感”电感起作用的原因是它在通过非稳恒电流时产生变化的磁场，而这个磁场又会反过来影响电流，所以，这么说来，任何一个导体，只要它通过非稳恒电流，就会产生变化的磁场，就会反过来影响电流，所以任何导体都会有自感现象产生在主板上可以看到很多铜线缠绕的线圈，这个线圈就叫电感，电感主要分为磁心电感和空心电感两种，磁心电感电感量大常用在滤波电路，空心电感电感量较小，常用于高频电路。电感的特性与电容的特性正好相反，它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性。电感的特性是通直流、阻交流，频率越高，线圈阻抗越大

5、。电感器在电路中经常和电容一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器等。另外，人们还利用电感的特性，制造了阻流圈、变压器、继电器等.6.1电感式传感器6.1.1电感传感器的工作原理和等效电路1．工作原理图6.l为一简单的电感传感器。它有衔铁、铁芯和匝数为W的线圈三部分构成。传感器测量物理量时衔铁的运动部分产生位移，导致线圈的电感值发生变化，根据定义，线圈的电感为式中RM——磁阻，它包括铁芯磁阻和空气隙的磁阻，即:铁磁材料各段的磁阻之和，当铁芯一定时，其值为一定；li——各段铁芯长度；mi——各段铁芯的磁

6、导率；Si——各段铁芯的截面积；Rd——空气隙的磁阻，Rd=2d/m0S。S为空气隙截面积，d为空气隙长度，m0为空气的磁导率。即可得电感为因为铁磁材料其磁阻与空气隙磁阻相比较小，计算时可忽略不计，这时有由上式可知，当线圈及铁芯一定时，W为常数，如果改变d或S时，L值就会引起相应的变化。电感传感器就是利用这一原理做成的。最常用的是变气隙长度d的电感传感器。由于改变d和S都是使气隙磁阻变化，从而使电感发生变化，所以这种传感器也叫变磁阻式传感器。2、等效电路电感传感器是一个带铁芯的可变电感，由于线圈的

7、铜耗、铁芯的涡流损耗、磁滞损耗以及分布电容的影响，它并非呈现纯电感。等效电路如图所示，其中L为电感，Rc为铜损电阻，Re电涡流损耗电阻，磁滞损耗电阻Rh，C为传感器等效电路的等效电容。等效电容C主要是由线圈绕组的固有电容和电缆分布电容引起。电缆长度的变化，将引起C的变化。当电感传感器确定后，这些参数即为已知量。忽略分布电容且不考虑各种损耗时，电感传感器阻抗为当考虑并联分布电容时，阻抗为ZsQ——品质因数，Q=wL/R。当电感传感器Q值高时，即1/Q2《1，则上式可变为考虑分布电容时，电感传感器的有

8、效串联电阻和有效电感都增加了，而线圈的有效品质因数却减小电感传感器有效灵敏度为考虑分布电容后，电感传感器的灵敏度增加了。因此，必须根据测试时所用电缆长度对传感器进行标定，或者相应调整并联电容。6.1.2自感式传感器的结构类型及特性常见的自感式传感器有变间隙式、变面积式和螺线管式三类。1、变间隙式电感传感器若使得衔铁向上移动取为-Dd，则由式（6-4）可得此时电感为则电感增量为线圈电感的相对变化量为若Dd／d0＜＜l，则可得同理可得当衔铁向下移动时的DL／L0为由上式可见，线圈电感与