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《传感器原理及应用第4章 电感式传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、4.1变磁阻式传感器4.2差动变压器式传感器4.3电涡流式传感器4电感式传感器4.1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量L或互感量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。自感式、互感式和电涡流式三种传感器概述各种电感式传感器非接触式位移传感器测厚传感器电感粗糙度仪接近式传感器概述电感式传感器应用电感传感器测量滚珠直径，实现按误差分装筛选4.1变磁阻式传感器4.1工作原理由线圈、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
2、磁阻变化,导致电感线圈的电感值变化,测出电感量的变化,就能确定衔铁位移量的大小和方向。1－线圈；2－铁芯（定铁芯）；3－衔铁（动铁芯）图4-1变磁阻式传感器——总磁链;I——电流;w——匝数;Φ——磁通。磁路欧姆定律,得电感定义,线圈中电感量为:Rm——总磁阻。忽略磁路磁损,总磁阻为Rm=μ1——铁芯导磁率;μ2——衔铁导磁率;L1——铁芯的长度;L2——衔铁的长度;S1——铁芯的截面积;S2——衔铁的截面积;S0——气隙的截面积;δ——气隙的厚度。μ0——空气的导磁率;气隙磁阻大于铁芯和衔铁的
3、磁阻,Rm可近似为Rm=电感L是磁阻Rm的函数,改变δ或S0可导致电感变化.变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感器和变气隙面积Ｓ0的传感器。变气隙厚度δ式电感传感器使用最广泛。可得4.1.2输出特性设初始气隙为δ0,初始电感量为L0,衔铁位移引起的气隙变化量为Δδ,L与δ之间是非线性关系.图4-2变隙式电感传感器的L-δ特性当衔铁上移Δδ时,传感器气隙减小Δδ,即δ=δ0-Δδ,输出电感为L=L0+ΔL,得初始电感量为当Δδ/δ0<<1时,用台劳级数展开成级数形式为L=L0+ΔL=可求得电感增量ΔL和相对增量ΔL/
4、L0的表达式,衔铁下移Δδ时,传感器气隙增大Δδ,即δ=δ0+Δδ,输出电感为L=L0-ΔL,这时有:经过作线性处理，忽略高次项,可得灵敏度为单线圈式变间隙式电感传感器用于测量微小位移时比较精确。差动变隙式电感传感器由两个相同的电感线圈Ⅰ、Ⅱ和磁路组成,测量时,衔铁通过导杆与被测位移量相连,当被测体上下移动时,导杆带动衔铁也以相同的位移上下移动。使两个磁回路中磁阻发生大小相等,方向相反的变化,导致一个线圈的电感量增加,另一个线圈的电感量减小,形成差动形式。图4-3差动变隙式电感传感器当差动使用时,两个电感
5、线圈接成交流电桥的相邻桥臂,另两个桥臂由电阻组成,电桥输出电压与ΔL有关.表达式为ΔL=ΔL1+ΔL2进行线性处理，忽略高次项得灵敏度K0为可以得到如下结论:①差动式比单线圈式的灵敏度高一倍。②差动式的线性度得到明显改善。构成差动的两个变隙式电感传感器在结构尺寸、材料、电气参数等方面均应完全一致。4.1.3测量电路测量电路有交流电桥式、交流变压器式以及谐振式等。1．电感式传感器的等效电路线圈电感：有功分量和无功分量.有功分量包括：线圈线绕电阻和涡流损耗电阻及磁滞损耗电阻。无功分量包含：线圈的自感L，绕线间分布电容C。图4
6、-4电感式传感器的等效电路图4-4中,L为线圈的自感,R为折合有功电阻的总电阻,C为并联寄生电容.上图的等效线圈阻抗为将上式有理化并应用品质因数,可得当且时,上式可近似为则并联电容的存在，使有效串联损耗电阻及有效电感增加，有效Q值减小.2.交流电桥式测量电路传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂Z1和Z2,另外二个相邻的桥臂用纯电阻代替,其输出电压将代入得,电桥输出电压与有关.图4-5交流电桥测量电路图4－6变压器式交流电桥3.变压器式交流电桥电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗,另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/2阻抗。
7、负载阻抗为无穷大时,桥路输出电压传感器的衔铁处于中间位置,即Z1=Z2=Z时有=0,电桥平衡。传感器衔铁上移时,即Z1=Z+ΔZ,Z2=Z-ΔZ,此时传感器衔铁下移时,则Z1=Z-ΔZ,Z2=Z+ΔZ,此时衔铁上下移动相同距离时,输出电压的大小相等,但方向相反.由于是交流电压,输出指示无法判断位移方向,配合相敏检波电路来解决。4.谐振式测量电路有谐振式调幅电路、谐振式调频电路.图4-7谐振式调幅电路图4-8谐振式调频电路调幅电路，电感L与电容C,变压器原边串联在一起,接入交流电源,变压器副边有电压输出,幅值
8、随着电感L变化。调频电路的传感器电感L变化引起输出电压频率的变化。电感L和电容C接入振荡回路中,振荡频率当L变化时,振荡频率随之变化,根据f的大小可测出被测量的值。4.1.4应用变隙式电感压力传感器:由膜盒、铁芯、衔铁及线圈等组成.当压力进入膜盒时,膜盒的顶端在压力P的作用
