ch4电感式传感器

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1、第四章电感式传感器学习要求：1.掌握自感式、互感式、涡流式等电感式传感器的工作原理和工作特性。2.熟悉电感式传感器的常用检测电路及特点。3.学会电感式传感器的检测应用。电感式传感器是将被测量的变化转化为线圈的电感（自感、互感）的变化的检测装置。其核心部分是可变自感或可变互感，在被测量变化转换成线圈自感或互感的变化时，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些特性。这类传感器的主要特征是具有线圈绕组。9/17/20211测量：位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应力等种类：自感式、互感式、涡流式、压磁式。优点：结构简单可靠，输出功率大，抗干扰能

2、力强，分辨率高（达μm级），误差小，稳定性好，环境影响小。缺点：不适于快速动态测量。自感式传感器互感式传感器涡流式传感器电感式传感器9/17/202124.1变磁阻（自感）式传感器4.1.1工作原理结构:由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有厚度为d气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。衔铁移动气隙厚度d改变磁路中磁阻变化电感线圈L变化9/17/20213线圈中电感量可由下式确定：式中：Ψ——线圈总磁链；I——通过线圈的电流；W——线圈的匝数；φ——穿过线圈的磁通。由

3、磁路欧姆定律，得Rm——磁路总磁阻。9/17/20214磁路总磁阻为:式中：μ1——铁芯材料的导磁率；μ2——衔铁材料的导磁率；l1——磁通通过铁芯的长度；l2——磁通通过衔铁的长度；S1——铁芯的截面积；S2——衔铁的截面积；μ0——空气的导磁率；S0——气隙的截面积；d——气隙的厚度。9/17/20215通常，气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即改变d或S0均可导致电感变化，因此变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度d的传感器和变气隙面积S0的传感器。目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器。9/17/202164.1.2输出特性设电感传

4、感器初始电感量为当衔铁上移Δd时，传感器气隙减小Δd，即d=d0-Δd，则此时输出电感为L=L0+ΔL，得变隙式电压传感器的L-δ特性9/17/20217当Δd/d0<<1时，上式可用台劳级数展开：4.1.2输出特性9/17/20218当衔铁向下移动Δδ时，有9/17/20219灵敏度为与变极距电容传感器相似，d0越小，灵敏度越高。变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合，一般Δd=（0.1~0.2）d0。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。9/17/20

5、2110差动变隙式电感传感器9/17/202111等效的交流电桥式测量电路交流电桥测量电路，把传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂Z1和Z2，另外两个相邻的桥臂用纯电阻R代替。设Z1=Z+ΔZ1,Z2=Z-ΔZ2，Z是衔铁在中间位置时单个线圈的复阻抗，ΔZ1,ΔZ2分别是衔铁偏离中心位置时两线圈阻抗的变化量。一般有ΔZ1+ΔZ2≈jω(ΔL1+ΔL2)。（ΔZ1≈ΔZ2）=ΔZ9/17/2021129/17/202113当衔铁往上移动Δd时，两个线圈的电感变化量ΔL1、ΔL2，差动传感器电感的总变化量ΔL=ΔL1+ΔL2,具体表达式为忽略高

6、次项得9/17/202114灵敏度K0为结论：①差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。②忽略高次项时：差动式变间隙电感传感器的非线性项。单线圈电感传感器的非线性项。由于Δd/d0<<1，因此，差动式的线性度得到明显改善。9/17/202115将代入式电桥输出电压与Δd成正比关系。9/17/2021164.1.3等效电路与测量电路测量电路：交流电桥式、变压器式交流电桥以及谐振式等。1.等效电路包括三部分：电阻R：线圈线绕电阻、涡流损耗电阻、磁滞损耗电阻；电感L：线圈的自感L；电容C：绕线间分布电容。9/17/202117等效线

7、圈阻抗为9/17/2021183.变压器式交流电桥测量电路桥路输出电压：当传感器的衔铁处于中间位置，Z1=Z2=Z，电桥平衡。9/17/202119衔铁上移：衔铁下移：衔铁上下位移相同时，输出电压幅值大小相等，相位相反（相差180o），电压幅值大小与位移成正比。输出电压为交流电压，输出指示无法判断位移方向，必须配合相敏检波电路来解决。9/17/2021204.谐振式测量电路谐振式测量电路有谐振式调幅电路。在调幅电路中，传感器电感L与电容C、变压器原边串联在一起，接入交流电源，变压器副边将有电压输出，输出电压的频率与电源频率相同，而幅值随

8、着电感L而变化。9/17/202121谐振式调幅电路图为输出电压与电感L的关系曲线，其中L0为谐振点的电感值，此电路灵敏度很高，但线性差，适用于线性度要求不高的场合。9/17/2