第3章 电感式传感器课件.ppt

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1、第3章电感式传感器InductiveSensors传感器原理及应用PrincipleandApplicationofSensors绪论电感式传感器是利用线圈自感（self-inductanceofcoils）或互感（mutualinductanceofcoils）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。习惯上讲的电感式传感器通常指自感式传感器（变磁阻式reluctancevariationsensors），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（linearvariablediffere

2、ntialtransformers(LVDTs)）此外，利用涡流原理的电涡流式传感器（Eddycurrentsensors）、利用材料压磁效应（Piezo-magneticeffect）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

3、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3.1.1工作原理1—线圈coil；2—铁芯Magneticcore；3—衔铁Movingcoreself-inductanceofcoilis:式中：N----numberofturnsRM-------reluctanceΔxΔδΔRMΔL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：变气隙长度δ的电感式传感器；变气隙面积S的电感式传感器；变磁路磁导率

4、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Magneticcore；3—衔铁Movingcore变气隙式变截面式螺线管式L=f（S）L=f（δ）δLSL=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。3.1.2电感计算与输出特性分析1.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

5、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自感传感器，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：差动变隙式自感传感器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％

6、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。δLΔL1ΔL2L0δ0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Δδ/δ的增加而增大。rx螺管线圈铁芯单线圈螺管型传感器结构图l2.螺管型自感传感器有单线圈和差动式两种结构形式。单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈一根圆柱形铁芯及磁性套

7、筒。传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起线圈泄漏路径中磁阻的变化，从而使线圈自感发生变化。铁芯在开始插入（x=0）或几乎离开线圈时的灵敏度，比铁芯插入线圈的1/2长度时的灵敏度小得多。这说明只有在线圈中段才有可能获得较高的灵敏度，并且有较好的线性特性。x螺管线圈内磁场分布曲线rl1.00.80.60.40.20.20.40.60.81.0H（）INlx（l）xlr设螺管线圈全长为l，内径为r，匝数为N，通电电流强度为I。沿轴线任意一点P的磁场强度H为：为简化分析，设螺管线圈的长径比圈内磁场强度分布均匀，线圈中心处的磁场强度为：，则可认为螺

8、管线则空心螺管线圈的电感为：当线圈插入铁芯时，由于铁芯是铁磁性材料，使插入部分的磁阻下降，故磁感强度B增大，