周大课电感式传感器

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1、脉冲宽度调制电路回顾脉冲宽度调制电路特点对于差动脉冲调制电路，不论是改变平板电容的极板面积还是极板距离，其变化量与输出量都呈线性关系。不需要解调器就能获得直流输出；输出信号一般为100kHz~1MHz的矩形波，所以效率高，直流输出只需要经低通滤波器简单的引出。由于低通滤波器的作用，对输出波形的纯度要求不高，只需要电压稳定度较高的直流电源。调宽频率的变化，对输出无影响。对元件无线性要求。回顾回顾电容式传感器不但应用于位移、振动、角度、加速度及荷重等机械量的精密测量，还广泛应用于压力、差压力、液位、料位、湿度、

2、成分含量等参数的测量。电容式传感器的应用电感式传感器的基本原理变气隙型电感式传感器螺线管电感式传感器电涡流传感器电感式传感器的测量电路电地暖www.gzlianghuo.com第4章教学内容本次课教学内容电感式传感器的基本原理变气隙型电感式传感器教学要求掌握电感式传感器的基本原理，了解电感式传感器的主要特征。了解变气隙电感式传感器的特征分析，掌握恒流源激励和恒压源激励的简单变气隙电感式传感器的输入与输出的线性度以及灵敏度指标。电感式传感器利用电磁感应原理，将被测的机械性的非电量变化转换成线圈电感(或互感)的

3、变化，这种机电转换装置称为电感式传感器。电感式传感器具有结构简单、工作可靠、测量精度高、零点稳定、无需外电源和输出功率较大等一系列优点。电感式传感器电感式传感器的主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约，传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量；对传感器线圈供电电源的频率和振幅稳定度均要求较高。电感式传感器按转换原理的不同可分为自感式(电感式)和互感式(差动变压器式)两大类。电感式传感器电感式传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，在工业自动控制系统中被广泛采用。在工业自动化中，电感式传感器也广

4、泛应用于位移、压力、流量等方面的测量。电感式传感器的基本原理根据法拉第电磁定律，当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，就会产生感应电动势，这种现象称为电磁感应。利用这种现象可以构成各种各样的传感器。电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置，它的核心是可变自感或可变互感。电感式传感器的基本原理电感式传感器用于将机械线位移或角位移转换为感应电动势，图4-1即为这种转换的示意图。激励线圈1由交变电源激励，在铁心3中产生交变磁场。图4-1原理示意图1—激励线圈2—二次线圈3—铁心假设动铁心处于无穷远处

5、，在线圈2中的感应电动势为零。随着动铁心的移动，气隙逐步减小，在线圈2中的感应电动势也逐步增大，直到两铁心形成完全闭合的磁路时，感应电动势达到最大。由此可见，感应电动势的大小与气隙的大小有着一一对应的关系。电感式传感器的基本原理可将电感式传感器的能量变化关系，用图4-2来表示。由图可见，传感器的核心是将机械能转换为磁场能的部分。机械变化激励以形成一个磁场信号，被测对象以机械能的方式调制磁场能，而磁场能则通过测量电路（检测线圈）检出，转换为相应的电信号。图4-2电感式传感器的能量变换电感式传感器的基本原理电感

6、与基于电磁参量的关系（1）电流在线圈中产生的总交链磁通ΨΨ=LI（4-1）式中，L为线圈电感；I—为激励电流。（2）磁场能量（4-2）电感与基于电磁参量的关系（3）与磁场的几何形状有关的结构参数或（4-3）式中，N为线圈匝数；RM为与磁场几何形状有关的磁阻。Ф为穿过线圈的磁通。（4）对被测对象的作用力被测对象为克服电阻力所作的功，等于磁场能量的变化，即FΔx=ΔWF=-故在电流不变时的电磁力为FM=-=-（4-4）取负号表示电磁力与外作用力方向相反电感与基于电磁参量的关系（5）电流在线圈中产生的自感及互感（

7、M）电动势（4-5）（4-6）电感与基于电磁参量的关系电感式传感器的分类1）具有气隙的电感式传感器。这类传感器利用铁磁体构成集中的磁路，其磁阻主要在气隙中形成。依据改变气隙磁阻的方法，又可分为变气隙型和变截面型。同时，还可以依据是否有独立的检测磁场线圈分为自感型和互感型（变压器型）。2）具有螺线管的电感式传感器。这类传感器具有较长的空气磁路，利用铁心改变空气磁路的磁阻。同样，在这类传感器中，也有自感型和互感型之分。3）电涡流传感器。这类传感器没有明确的磁场边界，属于分布参数磁场，利用主磁场和涡流磁场的互感耦

8、合来改变电感。这类传感器可以看作互感型传感器的一种特殊情况。4）利用铁磁体物理性质的传感器。这类传感器的特点是做成完全闭合的磁路，而铁磁体的磁导率随着应力而变化，由此引起磁阻及电感的变化。电感式传感器的分类变气隙型电感式传感器根据法拉第电磁定律和磁路的欧姆定律，当磁路的磁阻和感应电动势发生变化时，就能相应的测量出电压和电流等物理量，据此，可以制造和设计各类电感式传感器。图4-3简单的变气隙型电感式传感器简单的变气