自感传感器的原理及结构

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1、自感传感器的原理及结构一、自感传感器的基本概念自感传感器是利用自感量随气隙而改变的原理利成的，用来测量位移。较实用的自感传cjmc%ddz感器的结构示意图如图1所尔。它主要由线圈、铁芯、衔铁及测杆(或转铀)等组成。自感传感器常见的形式荷变隙式、变截面式、螺管式莉磋动式4种。(一)自感传感器的工作原理在图4—1(a)、(b)所示的自感传感器原理图中，尽管在铁芯和衔铁问有一个空气气隙，但由于其值不大，TI代理所以傲路(图小点划线表不隘路)足封闭的。根据磁路的基本知识，线圈自感可以按下式计算，即式中，计——线圈匝数；Rm——磁路总磁阻，单位为H‘。对图W言，因为气隙

2、厚度5fR4、，可以认为气隙磁场足均匀的，若忽略磁路中铁损耗，则总磁阻为当铁；3的结构与材料确定后，式(4—3)分母的第一狈为常数，此时月您L足气陨厚度6和气隙有效截面积4的函数，即L＝／(5tA)。若保持A不变，则L为6的单值函数，可构成变气隙式自感传感器；若保持o不变，使A随位移而变化，则uf形成变截面式自感传感器。它们分别如图41(a)、(b)所示。如图1(c)所示，线圈中故人的圆柱形衔铁，也是一个可变自感，使衔铁做k自感量将相应变化，这就构成螺管式白感传感器。(二)变隙式自感传感器如图1所示，传感器工作时衔铁与被测体连接。当被测体按如图的方向产生iAj

3、的位移时，衔铁与其同步移动，引起磁路中气隙的磁阻发生相应的变化，从而引起线圈的电感受http://www.abc-china.cn化。因此，只要测出自感旦的变化，就能确定衔铁(即被测体)位移量的大小和方向。这就是闭合磁路变隙式自感传感器的工作原理。由于气隙的磁阻远大于铁心和衔铁的磁阻，从而在定量计算时可忽略掉铁芯和衔铁的磁KK．RI[特性曲线如图4—2(a)所示，输入、输出成非线性关系。灵敏度XI为在式(4—5)中，K1与6有关，因而X1表示一常数，6越小，灵敏度K1越高。为了保让一定的线性度，变隙式白感传感器仅能工作在很小一段的区域，因而只能用于微小位移的测

4、量。[三)变截面式自感传感器网1(b)所示为变截面式自感传感器结构图。在式(4—5)中，同样N确定后，若保持气隙厚度6为常值0。，则TI代理商L＝广(A)，它的待性曲线如图2(b)所不。理想状态下输入、输出成线性关系。仍由于漏感等原因，它的特性曲线并非是线性的，而且它的线性区较小，灵敏度低。灵敏度x2为(四]螺管式自感传感器单线圈螺管式自感传感器的结构如图4—1(c)所不。螺管式自感传感器的工作原理是：当以线阁磁力线泄露路径上的磁阻变化为基础测量时7h于衔铁随被测体移动，导致线圈电感量变化，即线圈的电感量与衔铁插入的深度zl有关。对丁长螺线管(L》r)，当衔铁

5、工作在螺线管的中部时，可认为线圈内磁场强度是均匀的。此时线圈电感量L与衔铁插人深度j1大致成正比。这种传感器结构简单，制作容易，但灵敏度稍低，且衔铁在螺线管的中间时、)J有可能成线性关系。此传感器适合在位ATMEL移较大的场合测量。(五)差动式自感传感器使用自感传感器时，当励磁线圈通以交流电流时。衔铁始终承受电磁吸力，会引起振动及附加误差，而且非线性误差较大；向时外界的干扰，如电源电压频率的变化、温度的变化都使输出产生误差。出此，在实物；工作中常采用差动形式，既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小误差、〔．结构特点差动式自感传感器的结构如图4—3所承。两个完全相

6、同、单个线圈的自感传感器共用一根活动衔铁就构成了差动式白感传感器。羌动式自感传感器的结构要求是两个导磁体的几何尺寸完全祁同，材料性能完全相同；两个线圈的电气参数(如电感、ATMEL代理商随数、直流电阻、分布电弹等)和几何尺寸也完全相同。2．工作原理和特性在公隙式差动传感器小。随被测量移动们偏离Lf，火价置时，两个线圈的电感量一个减小，形成差动形式。差动式与单线圈自感传感器分线性比较。从阁4—4可以看出．差动式自感传感器的线性较好，rl输出http://www.ebv.hk曲线较陡，灵敏度约为非差动式自感化感器的两倍。采用差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外

7、，对外界影响。如温度变化、电源频率的变化等包基本上可以祁互抵消，衔饮承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。