第3章电感式传感器1[PPT].pptVIP

复习： 电磁感应现象：当穿过导体回路的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电 动势。 自感现象：当一线圈中的电流变化时，它所激发的磁场通过线圈自身的磁通 量（或磁通匝链数）也在变化，使线圈自身产生感应电动势。这 种因线圈自身电流变化所引起的感应现象叫做自感现象，所产生 的电动势叫做自感电动势。 第 3 章 电 感 式 传 感 器 3. 变面积式自感传感器 δ不变，A变 4. 螺管式自感传感器 结构：一个螺管线圈内套入一个活动的柱型衔铁，就构成了螺管式自感传感器。 工作原理：当衔铁插入线圈时，插入部分的磁阻下降，从而使线圈电感量发生改变。 设 ，线圈内磁场强度是均匀的， 未插入衔铁时，螺线管电感为： 比例系数L称为自感系数，简称自感，它的大小由线圈的几何形状、大小以及匝数所决定，若线圈中有铁磁质，则还与线圈中的电流及介质的性质有关。 互感现象：若有两个线圈时，当线圈1中的电流变化时，会在它邻近的另一个 线圈中产生感应电动势；同样，线圈2中的电流变化时，也会在线 圈1中产生感应电动势。这种现象称为互感现象，所产生的感应电 动势称为互感电动势。 比例系数M称为互感系数，简称互感，它的大小由线圈的几何形状、大小、 匝数以及线圈之间的相对位置所决定，若线圈中有铁磁质，则还与线圈中的 电流及介质的性质有关。 将被测非电量如位移、压力、流量、 振动等转换成线圈自感L或互感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的转换，这种装置称为电感式传感器。 按转换原理分： 自感式 互感式 电涡流式 3.1 自感式传感器（变磁阻式传感器） 3.1.1 结构及工作原理 1. 结构：由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。在铁芯和衔铁之间有气隙, 气隙厚度为δ。 2.工作原理：被测体与衔铁相连，被测体的运动引起衔铁移动, 气隙厚度δ发生相应改变, 引起磁路中磁阻变化, 从而导致电感线圈 工作过程： 被测量变化——磁阻变化——电感变化——电压或电流变化 的电感值变化, 因此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。 自感式传感器的原理图 3.自感的计算 自感 磁路总磁阻 线圈匝数 因为气隙较小，可以认为气隙磁场是均匀的，忽略磁路损耗，则 式中: μ1——铁芯材料的磁导率; μ2——衔铁材料的磁导率; μ0——空气的磁导率; l1——铁芯的长度; l2——衔铁的长度; ——空气隙的长度; A1——铁芯的截面积; A2——衔铁的截面积; A——空气隙的截面积 (4 - 1） (4 - 2） 由于铁芯和衔铁是由高导磁材料制成的，磁导率数量级在102—106以上，其磁导率远大于空气的磁导率， ，所以通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻, 即  则式(4 - 2）可近 （4－3） 将式(4 - 3）代入式(4 - 1）, 可得： 上式表明, 当线圈匝数为常数时,电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数,只要改变δ或A均可导致电感变化, 因此自感式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感器和变气隙面积A的传感器。 a)变气隙式（闭磁路） b)变面积式（闭磁路） c)螺管式（开磁路） 3.1.2 结构形式及特性 1. 变气隙式自感传感器 A不变， δ变    L与δ之间是非线性关系 （如图所示） 设电感初始气隙为δ0, 初始电感量为L0, 变气隙式自感传感器的自感－气隙长度特性曲线 当衔铁上移Δδ时, 传感器气隙减小Δδ, 即δ=δ0-Δδ, 则此时电感为L = L0+ΔL, 得