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第四章 电感式传感器 第一节 自感式传感器 第二节 差动变压器 第三节 电涡流式传感器 电感式传感器 利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感系数 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，这种装置称为电感式传感器。 优点：结构简单，工作可靠，分辨力高，输出功率大；能实现信息的远距离传输。 缺点：灵敏度、线性度和测量范围相互制约；传感器频率响应低，不适合快速动态测量。 电感式传感器 电涡流式 按转换原理分：自感式和互感式 种类 差动变压器 按结构形式分：气隙型和螺管型 应用：广泛的用于位移、振动、压力、应变、流量、比重等参量的测量 第一节 自感式传感器 一、气隙型电感传感器 1、工作原理 组成：线圈1，衔铁3和铁芯2等。 图中点划线表示磁路，磁路中空气隙总长度为lδ 。 第一节 自感式传感器 第一节 自感式传感器 2、输出特性曲线 第一节 自感式传感器 由前面的分析可见，变气隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾。 由于以上特点，为了减小非线性误差，则要限定lδ的范围，因此变间隙式传感器只能用于微小位移的测量。 为了改善其非线性，常采用差动式的结构。 工作原理如下： 第一节 自感式传感器 差动变气隙式自感传感器结构由两个电气参数和磁路完全相同的线圈组成。当衔铁3移动时，一个线圈的自感增加，另一个线圈的自感减少，形成差动形式。 第一节 自感式传感器 二、螺管型电感传感器 种类：单线圈和差动式结构形式。 单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈和一根圆柱形铁芯。传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，将改变磁阻，引起螺管线圈自感值的变化。当用恒流源激励时，则线圈的输出电压与铁芯的位移量有关。 第一节 自感式传感器 线圈电感： l——线圈长度 rc——铁芯半径 r——平均半径 μr——铁芯的有效磁导率 N——线圈匝数 lc——铁芯进入线圈的长度 第一节 自感式传感器 综上所述，螺管式自感传感器的特点： ①结构简单，制造装配容易； ②由于空气间隙大，磁路的磁阻高，因此灵敏度低，但线性范围大； ③由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰； ④由于磁阻高，为了达到某一自感量，需要的线圈匝数多，因而线圈分布电容大； ⑤要求线圈框架尺寸和形状必须稳定，否则影响其线性和稳定性。 第一节 自感式传感器 线圈铜损电阻 Rc l——线圈总长 ρc——电阻率 d——直径 lcp——线圈的平均匝长 铜损取决于线圈材料和几何形状 传感器的绕制需要大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这些电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损” 第一节 自感式传感器 涡流损耗电阻 Re（铁损） t——叠片厚度 h——涡流穿透深度 L——电感 其中： 代入上式，有： 第一节 自感式传感器 并联寄生电容C 并联寄生电容是由线圈的固有电容和电缆的分布电容组成。 第一节 自感式传感器 不考虑电容C时，等效阻抗为： 考虑到电容C时,等效阻抗为： 第一节 自感式传感器 电感相对变化： 由上式可看出，并联电容的存在，使传感器的灵敏度提高了，但影响了稳定性，测量时若电缆的长度发生变化，则传感器的灵敏度需重新标定。 第一节 自感式传感器 工作时，Z1=Z+ΔZ和Z2=Z-ΔZ 第一节 自感式传感器 优点：这种电桥与电阻平衡电