第6章电感式传感器

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1、6.1变磁阻式电感传感器6.2差动变压器式电感传感器6.3电涡流式传感器第6章电感式传感器概述电感式传感器是一种机电转换装置，特别是在自动控制设备中广泛应用。电感式传感器利用电磁感应定律将被测非电量（如位移、压力、流量、振动）转换为电感或互感的变化。按传感器结构可分为：自感式互感式电涡流式。第6章电感式传感器概述各种电感式传感器第6章电感式传感器非接触式位移传感器测厚传感器电感粗糙度仪接近式传感器概述电感式传感器应用电感传感器测量滚珠直径，实现按误差分装塞选第6章电感式传感器6.1变磁阻式传感器（自感式）6.1.1工作原理结构:由线圈、铁芯、衔铁三部分组成。铁芯和衔铁之间有气隙，气隙

2、厚度为δ;传感器运动部分与衔铁相连，衔铁移动时δ发生变化，引起磁路的磁阻Rm变化，使电芯线圈的电感值L变化；只要改变气隙厚度或气隙截面积就可以改变电感。第6章电感式传感器6.1变磁阻式传感器（自感式）6.1.1工作原理线圈自感可按下式计算：式中：N:线圈匝数；Rm:磁路总磁阻；S0:气隙的截面积；δ:气隙厚度；μ0:导磁率（真空、空气）第6章电感式传感器6.1变磁阻式传感器（自感式）6.1.2输出特性衔铁位移Δδ引起的电感变化为：第6章电感式传感器电感初始气隙δ0处初始电感量为L0δ0LδL0L0+ΔL0L0－ΔL06.1变磁阻式传感器（自感式）6.1.2输出特性Δδ/δ<<1时，用

3、泰勒级数展开衔铁下移时(δ增大)衔铁上移时(δ减小)第6章电感式传感器6.1变磁阻式传感器（自感式）6.1.2输出特性对上式作线性处理忽略高次项时讨论：变间隙式电感传感器用于小位移比较精确；一般Δδ/δ=0.1-0.2；为减小非线性误差，实际测量中多采用差动式。第6章电感式传感器灵敏度6.1变磁阻式传感器（自感式）6.1.2输出特性差动式原理：差动变隙式由两个相同的线圈和磁路组成。当被测量通过导杆使衔铁上下位移时，两个回路中磁阻发生大小相等、方向相反的变化，形成差动形式。第6章电感式传感器6.1变磁阻式传感器（自感式）6.1.2输出特性对上式进行线性处理并忽略高次项：差动式灵敏度为：

4、电感的变化为：第6章电感式传感器6.1变磁阻式传感器（自感式）6.1.2输出特性讨论：比较单线圈，差动式的灵敏度提高了一倍；差动式非线性项比单线圈多乘了(Δδ/δ)因子；不存在偶次项，因Δδ/δ<<1，线性度得到改善。差动式的两个电感结构，可抵消温度、噪声干扰的影响。第6章电感式传感器6.1变磁阻式传感器（自感式）6.1.3测量电路（1）变压器式交流电桥电桥的两臂是传感器线圈阻抗臂、另外两个臂是交流变压器次级线圈各占1∕2，交流供电。桥路输出电压为：第6章电感式传感器6.1变磁阻式传感器（自感式）6.1.3测量电路衔铁上下移动相同距离时，输出电压大小相等方向相差180º，要判断衔铁方

5、向就是判断信号相位。第6章电感式传感器当衔铁在中间位置Z1=Z2=ZU0=0当衔铁偏移时输出电压当衔铁偏向另一方向6.1变磁阻式传感器（自感式）6.1.3测量电路（转换电路）（2）交流电桥式两个桥臂由相同线圈组成，另外两个为平衡电阻第6章电感式传感器交流电桥结构示意图等效电路6.1变磁阻式传感器（自感式）6.1.3测量电路（转换电路）第6章电感式传感器因输出电压为：可见电桥输出电压UAC与气隙变量Δδ有关代入电桥输出为：6.1变磁阻式传感器（自感式）6.1.3测量电路（3）谐振式（调幅、调频、调相）调幅式电路输出幅值随电感L变化调频电路电感L变化时谐振频率变化第6章电感式传感器6.1

6、变磁阻式传感器（自感式）6.1.4变磁阻式传感器的应用压力测量第6章电感式传感器被测压力经位移——电压两次转换输出6.2差动变压器式传感器（互感式）6.2.1工作原理把被测的非电量变化转换成为线圈互感量的变化的传感器称为互感式传感器。根据变压器的基本原理制成，并将次级线圈绕组用差动形式连接。差动变压器的结构形式较多，应用最多的是螺线管式差动变压器。它可测量1—100mm范围内的机械位移。第6章电感式传感器次级次级骨架初级衔铁次级次级初级6.2差动变压器式传感器（互感式）等效电路：两个次级线圈必须反相串联接，保证差动形式。如果线圈完全对称并且衔铁处于中间位置时两线圈互感系数相等电动势相

7、等第6章电感式传感器差动输出电压为零：初级线圈次级线圈6.2差动变压器式传感器（互感式）6.2.1工作原理可见:输出电压大小和符号反映了铁心位移的大小和方向。第6章电感式传感器当衔铁上下移动时，输出电压随衔铁位移变化。若衔铁上移若衔铁下移6.2差动变压器式传感器（互感式）6.2.2基本特性由此得到输出电压有效值为：可见输出电压与互感的差值有关第6章电感式传感器根据电磁感应定律，次级感应电动势分别为6.2差动变压器式传感器（互感式）6.2.2基本特性铁芯向右