《电感传感器》word版

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1、电感式传感器的发展和应用摘要：电感式传感器（inductancesensor）是一种建立在电磁感应基础上，利用线圈的自感L或互感M的变化来实现测量的一种装置。测量时被测的物理量引起线圈的自感或互感变化，再由测量电路转换成电压或电流的变化量输出，它可以用来测量位移、振动、压力、流量、应变等多种物理量。电感式传感器种类很多，有利用传统的自感和互感原理的传感器，另外还有利用电涡流原理的传感器等等。关键词：自感式传感器、变气隙式传感器、差动、电涡流一、变磁阻式传感器变磁阻式传感器一般由线圈铁芯好衔铁三部分组成。铁芯和衔铁都由导磁材料制成，如硅钢片或坡莫合金。在铁芯和活动衔铁之间有

2、气隙，气隙宽度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连，当衔铁移动时，气隙宽度δ发生变化，导致电感线圈的电感值改变，然后通过测量电路测出起变化量，由此判断被测位移量的大小。图1.变磁阻式传感器线圈的电感值L为：（是线圈匝数；是此路的总磁阻）其中，（、是铁芯和衔铁的磁路长度；、是铁芯材料和衔铁材料的导磁率；是空气的导磁率；、分别是铁芯和衔铁的横截面积；是气隙横截面积）图2.变隙式电感传感器的-特性初始电感量为：，当衔铁上移时Δδ，δ＝δ0－Δδ，电感值变化为：当，有（利用级数展开的原理）故：同理可得到衔铁下移Δδ时，忽略高阶项得：可知该传感器的灵敏度为：，线性度为：由此可见,变间隙

3、式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾,所以变隙式电感式传感器用于测量微小位移时是比较精确的。为了减小非线性误差,实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器。图3.差动变隙式自感传感器经计算得：由上式可知：差动比单线圈的灵敏度提高一倍，而且比单线圈的非线性失真小。一、差动变压器式传感器它是一种把被测的非电量变化转换为线圈互感系数的变化，进而使副线圈输出电势随之变化的传感器。它是根据变压器的基本与原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接，故称为差动变压器式传感器。图4.差动变压器的结构原理图5.差动变压器等效电路差动变压器与一般变压器不同，一般变压器为闭合磁路，初次级的互感

4、为常数，而差动变压器由于存在铁芯气隙，是开磁路，且初次级的互感随衔铁位移而变化，另外，差动变压器的两个次级线圈的同名端反相串联，因此它按差动方式工作，输出电压：当衔铁在平衡位置时,M1=M2，，=0当动衔铁向上移动时由于磁阻的影响，w2a中磁通将大于w2b，使M1>M2，，>0。反之M10总之，输出（交流电压）幅值与衔铁偏移量成正比；衔铁过平衡点时相位改变180度，上移时输出电压与输入电压反相，当衔铁下移时，输出电压与输入电压同相。典型的差动变压器式传感器的测量电路——相敏检波电路相敏检波带电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。一般的包络检波有两个问

5、题：一是解调的主要过程是对调幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位。第二，包络检波电路本身不具有区分不同载波频率的信号的能力。对于不同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信号的能力。为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路。图6.相敏检波电路图7.波形图它由四个特性相同的二极管D1～D4沿同一方向串联成一个桥式回路，桥臂上有附加电阻，用于桥路平衡。四个端点分别接在变压器T1和T2的次级线圈上，变压器T1的输入为调幅波，T2的输入信号为载波，为输出。二极管的导通与截止完全由

6、T2的次级的输出决定，因此要求T2的次级的输出大于T1的次级输出。在衔铁上移时，不论输入电流的是正半周还是负半周，D点的电势总是高于C点；反之衔铁下移时，D点的电势总是低于C点。这样相敏检波电路既能反映出位移的大小，也能判断出位移的方向。一、电涡流式传感器电涡流式传感器（eddycurrenttypetransducer），是利用电涡流效应将位移等非电被测参量转换为线圈的电感或阻抗变化的变磁阻式传感器。这种传感器的优点是结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、抗干扰能力强、体积小等。它是一种很有发展前途的传感器。图8.电涡流式传感器原理图电涡流传感器的敏感元件是线

7、圈，当给线圈通以交变电流并使它接近金属导体时，线圈产生的磁场就会被导体电涡流产生的磁场部分抵消，使线圈的电感量、阻抗和品质因数发生变化。这种变化与导体的几何尺寸、导电率、导磁率有关，也与线圈的几何参量、电流的频率和线圈到被测导体间的距离有关。如果使上述参量中的某一个变动，其余皆不变，就可制成各种用途的传感器，能对表面为金属导体的物体进行多种物理量的非接触测量。一、电感传感器的应用带有模拟输出的电感式接近传感器是一种测量式控制位置偏差的电子信号发生器，其用途非常广泛。例如：可测量弯曲和偏移；可测量振荡的振幅高度；可控制尺寸的稳定