第三章 电感式传感器章.ppt

传感器原理与应用 第3章 电感式传感器 被测量 → 自感L(互感M) → Uo（Io） 3.1 电感式传感器 3.2 差动式变压器 3.3 电涡流式传感器 内容提要 掌握电感式传感器结构、原理及其基本特性； 掌握电感式传感器的电桥测量电路的输出特性； 掌握差动变压器组成结构、工作原理、输出特性及其差动整流电路和相敏检波电路的工作原理； 掌握高频反射式电涡流式传感器的结构、工作原理及基本特性； 掌握各类电感式传感器的典型应用（位移型传感器）。 电感式传感器的优缺点 优点： 具有结构简单，工作可靠； 测量精度高，零点稳定； 灵敏、分辨率高（位移变化可达0.01?m)； 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。 这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,在工业自动控制系统中被广泛采用。 电感式传感器的分类 3.1 电感式传感器 3.1.1 气隙型电感式传感器 1.结构原理: 如图3-1所示 它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。当衔铁移动时，气 隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致线圈 的电感值变化，即测出电感量的变化，就能确定衔铁位移 量的大小和方向。 图3-1 气隙型电感式传感器 3.1.1 气隙型电感式传感器 电感量L： 由上式可得(并考虑一般情况下，?1=?2=????0） 即： 3.1.1气隙型电感式传感器 变间隙式电感传感器： 3.1.1气隙型电感式传感器 差动变间隙式电感传感器： 3.1.1气隙型电感式传感器 变面积式电感传感器： 3.1.1气隙型电感式传感器 ２.特性分析： 设磁路总长为l,当?1=?2=?r?0，S1=S2=S0=S时，并考 虑?r ??1这样 式中，?r—导磁材料的相对磁导率； ?e—传感器磁路等效相对磁导率； K—常数，K=?0W2S。 3.1.1 气隙型电感式传感器 传感器工作时，若衔铁移动使气隙总长度减少??（? → ????）,则线圈电感增加?L1 （L → L+?L1 ），由上式得: 3.1.1 气隙型电感式传感器 因为： 同理，当气隙总长度增加??（? → ?+??），则线圈电感减 小?L2 （L→ L??L2 ） 3.1.1 气隙型电感式传感器 略去非线性项，则电感变化灵敏度为： 若只考虑一次非线性项时，其线性度为： 3.1.1 气隙型电感式传感器 单线圈变气隙电感传感器特性如图，可以看出： ?当气隙?变化时，电感的变化与气隙变化呈非线性关系， 非线性程度随气隙相对变化??/?的 增大而增大； ?气隙减少??所引起的电感变化 ?L1与增加相同??所引起的电感变 化?L2并不相等，?L1??L2，其差 值随??/?的增加而增大。　　　　　　　　　　　　 L－?特性 3.1.1 气隙型电感式传感器 差动式结构：为了改善电感式传感器的灵敏度和线 性度，常采用下图所示的差动结构。 差动变隙式电感传感器及其特性 3.1.1 气隙型电感式传感器 当气隙改变?时，其电感相对变化为： 其电感灵敏度为：　 其线性度为： 由上两式得出： ?差动式电感传感器的灵敏度比单线圈电感传感器提高一倍； ?差动式电感传感器的线性失真小。 ３.１.２螺管式电感传感器 （a）单线圈 （b）差动式 ３.１.２螺管式电感传感器 对于单线圈螺管式电感传感器， 设线圈长度为l，线圈平均半径 为r，线圈匝数为W，线圈的平 均激励电流为I（见图），则： ?空心螺管线圈内轴向磁场H为（考虑r ??l） 轴向磁感强度 B=?0Hn ３.１.２螺管式电感传感器 空心螺管线圈内轴向磁感强度 空心螺管线圈的磁通?为 空心螺管线圈的自感L0为 ３.１.２螺管式电感传感器 　?若螺管线圈中插入一铁芯，长度lc= l，半径rc= r，磁导率 为?r?0，则铁芯被轴向磁场Hn 磁化，其磁感应强度为： Bc=?r?0Hn=?r?0WI/l 　可等效为长为l，电流为?rI，线圈匝数