传感器原理与技术课件：电感式传感器的认识与原理.pptx

Understandingandprincipleofinductivesensor;;;;（2）灵敏度和分辨率高，能测出0.01μm的位移变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。;（3）线性度和重复性都比较好，在一定位移范围(几十微米至数毫米)内，传感器非线性误差可达0.05%~0.1%。;同时，这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中被广泛采用。;但不足的是，它有频率响应较低、不适合快速动态测控等缺点。;接下来，我们来学习一下电感式传感器原理。;电感式传感器与磁电式传感器都是通过磁阻变化将非电量转化成电量的原理制成的，将其分开是根据改变磁阻方式不同。;电感式传感器是利用线圈自感或互感的改变实现能量转变的原理制成的。;;;一般情况下，电感式传感器的分辨力和示值误差与示值范围有关，示值范围大时分辨力和示值精度都将相应降低。;1.自感式传感器

自感式传感器的工作原理，如图3-3-2所示。;;;由图3-3-2可知磁路的总磁阻RM是由铁心磁阻Rf和空气隙磁阻组成的，即;因为一般导磁体的磁阻与空气隙的磁阻相比是很小的,计算时可以忽略不计;将式(3-3-2)、(3-3-3）代入式(3-3-1)得;目前常用的自感式传感器有：变间隙型、变面积型和螺管插铁型三种。;（1）变间隙型电感传感器;变气隙型电感传感器的原理图如图3-3-3所示，其电感可由式(3-3-4)得到。当S、μ为常数时，由式(3-3-4）可知L与δ成反比，如图3-3-3所示。;设初始情况下，气隙长度为δ0，电感初值为L0，有;当衔铁随外作用力向上移动Δδ时，气隙减少为δ=δ0-Δδ，则此时的电感量变为，电感的变化量为，电感的相对变化量;;同时，当衔铁随外作用力向下移动时，气隙增大，变为δ=δ0+Δδ。当?Δδ/δ0＜＜1时，电感相对变化量展开成级数有;优缺点：变间隙型传感器的灵敏度最高，但随间隙的增大而降低；但非线性误差大，解决办法是限制量程，一般为间隙的1/5以下，这种传感器的制作装配比较困难。;（2）变面积型电感传感器;变面积型电感传感器的结构如图3-3-4所示;当衔铁随外作用力沿铁心截面长度方向向下移动x时，电感量为;优缺点：变面积型传感器的灵敏度没变间隙型的小，但理论灵敏度为一常数，因而线性度好、量程较大、使用比较广泛。;（3）螺管插铁型电感传感器;螺旋管型电感传感器的结构如图3-3-5所示。它是在螺旋线圈中放入衔铁形成的。衔铁在外力作用下可以前后运动，使得线圈的电感量发生变化。;设线圈内磁场强度是均匀的，螺管线圈全长为l，半径为r，匝数为N，则其电感为;当铁心插入线圈内时，使插入部分的磁阻下降，所以磁感应强度增大，从而使电感值增加，;设铁心半径为rc，铁心材料导磁率为μm，铁心插入线圈内长度为lc（lc＜l?），那么电感为;若lc增加Δlc时，电感增加ΔL，有;当线圈参数和衔铁尺寸一定时，电感相对变化量与衔铁插入长度的相对变化量成正比，但由于线圈内磁场强度沿轴向分布并不均匀，因而这种传感器输出特性为非线性。;优缺点：螺管型的灵敏度比变面积型的还低，但它的量程大、线性度较好，制造装配方便，与变面积型相比,批量生产的互换性强，应用也越来越多。;2.互感式传感器互感式传感器是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器，;其工作原理类似于变压器，也叫做变压器式传感器。;不同的是，变压器是闭合磁路，而差动变压器为开路；变压器的初、次级间的互感为常数，而差动变压器初、次级间的互感随衔铁移动而变化。;这种传感器多采用差动形式。差动变压器结构形式有变隙式、变面积式和螺线管式等，;如图3-3-6所示。;图3-3-6（a）是衔铁为圆柱型的螺管式差动传感器，在非电量测量中,应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1～100mm的机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。;;假设闭磁路变隙式差动变压器的结构如图3-3-6(a)所示，在A、B两个铁心上绕有W1a=W1b=W1的两个初级绕组和W2a=W2b=W2两个次级绕组。两个初级绕组的同名端顺向串联,而两个次级绕组的同名端则反相串联。;当没有位移时，衔铁C处于初始平衡位置，它与两个铁心的间隙为δao=δb0=δ0，则绕组W1a和W2a间的互感Ma与绕组W1b和W2b的互感Mb相等，致使两个次级绕组的互感电势相等，即e2a=e2b。由于次级绕组反相串联，因此，差动变压器输出电压。;当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁的位置将发生相应的变化，使δa≠δb，互感Ma≠Mb，两次级绕组的互感电势e2