传感器-自感传感器

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1、Sensor&DetectingTechnology主要内容3.1自感式传感器3.2差动变压器3.3电容传感器3.4电涡流式传感器第三章变阻抗式传感器原理与应用第三章变阻抗式传感器原理与应用变阻抗式传感器是利用被测量改变磁路的磁阻，导致线圈电感量的变化，或利用被测量改变传感器的电容量，或者利用被测量改变线圈的等效阻抗等，实现对非电量的检测。种类：电感式传感器电容传感器电涡流式传感器第3章变阻抗式传感器原理与应用电感式传感器的分类：1.按原理分（1）自感应原理的自感式电感传感器（2）互感应原理的互感式电感传感器（差动变压器）2.按结构分（1）变气隙式电感

2、传感器（2）变面积式电感传感器（3）螺管式电感传感器3.1自感式传感器3.1.1工作原理3.1.2变气隙式自感传感器3.1.3变面积式自感传感器3.1.4螺线管式自感传感器3.1.5自感式传感器测量电路3.1.6自感式传感器应用举例3.1.1工作原理自感式传感器是把被测量变化转换成自感L的变化，通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。分为变气隙式、变面积式和螺线管式自感传感器。特点：结构简单、工作可靠、测量力小传感器的输出信号强，有利于信号的传输和放大。重复性能好、线性度宽且较稳定。不宜于高频动态信号的测量。3.1自感式传感器实验：将一只220V交流接

3、触器线圈与交流毫安表串联后，接到变压器的36V交流电压源上，开始毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。3.1.1工作原理3.1自感式传感器☞气隙变小，电感变大，电流变小F3.1.1工作原理3.1自感式传感器3.1.1工作原理自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料制成。3.1自感式传感器磁通：线圈绕在由铁磁材料制成的铁心上，线圈通以电流，便产生磁通。励磁线圈励磁电流磁路：电流产生的磁通集中在磁导率高的铁

4、磁材料空间内，集中的磁通所经过的路径称为磁路。磁阻：表示磁介质对磁通的阻碍作用的大小。3.1.1工作原理在铁芯和衔铁之间有空气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。3.1自感式传感器3.1.1工作原理衔铁移动气隙改变磁阻变化电感值变化3.1自感式传感器由磁路欧姆定律可知，线圈自感量计算：线圈自感线圈匝数磁路总磁阻3.1.1工作原理气隙很小，（一般0.1-1mm）可以认为气隙中的磁场是均匀的。若忽略磁路磁损，则磁路

5、总磁阻为各段导磁体的长度各段导磁体的导磁率气隙厚度真空导磁率3.1自感式传感器3.1.1工作原理通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即μ0=4π×10-7H／m；δ：空气隙总长。3.1自感式传感器3.1.1工作原理上式表明：当线圈匝数N为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数，改变δ或A0均可导致电感变化。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A0的传感器。线圈电感量：3.1自感式传感器3.1.1工作原理3.1自感式传感器3.1.2变气隙式自感传感器忽略磁路磁损时，线圈自感量可写为L与δ之间是非线性关系，特性曲线如图所示。3.1自

6、感式传感器3.1.2变气隙式自感传感器当衔铁处于初始位置时，初始电感量为当衔铁上移Δδ时，则此时输出电感为同理，当衔铁随被测物体的初始位置向下移动时，有3.1自感式传感器3.1.2变气隙式自感传感器忽略高次项后，可得近似线性灵敏度为线性度（非线性误差）气隙式电感传感器的灵敏度与线性度存在矛盾！3.1自感式传感器变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。3.1.2变气隙式自感传感器差动变隙式电感传感器为了减小非线性误差，实际测量中采用差动变隙式电感传感器。差动变隙式电感传感器是由两个完全相同的电感线圈合用一个衔铁和相应的磁路组成。测量时，衔铁与被测

7、件相连，当被测件上下移动时，带动衔铁也以相同的位移上下移动，使两个磁回路中的磁阻发生大小相等、方向相反的变化。3.1自感式传感器3.1.2变气隙式自感传感器衔铁上移Δδ：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,具体表达式为对上式进行线性处理,即忽略高次项得3.1自感式传感器3.1.2变气隙式自感传感器灵敏度K0为比较单线圈式和差动式：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差动式的非线性项(忽略高次项)：单线圈的非线性项（忽略高次项)：由于Δδ/δ0<<1，因此，差动式的线性度得到明显改善。3.1

8、自感式传感器3.1.3变面积式自感传感器传感器气隙厚度保持不变，令磁通截面积随被测非电量而变。