传感器与检测技术教学课件作者董春利第四章节电感式传感器课件

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1、传感器与检测技术董春利主编潘洪坤执笔大连职业技术学院电气电子工程系2008年3月全国高等职业教育规划教材省级精品课程配套教材第四章电感式传感器4.1自感式电感传感器4.2差动变压器式传感器4.3电涡流式传感器利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，这种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，输出功率较大等一系列优点，其主要缺点是灵敏度、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

2、于快速动态测量。这种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。自感式电感传感器气隙型传感器变面积式自感传感器螺管型自感传感器单线圈螺管型传感器差动式螺管型传感器变间隙式传感器变面积式差动变压器互感式传感器(差动变压器式传感器)螺线管式差动变压器变隙式差动变压器电涡流式传感器高频反射式电涡流式传感器低频透射式电涡流式传感器电感式传感器第一节自感式电感传感器一、气隙型自感传感器1．气隙型传感器的工作原理公式：表明，当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数，只要改变δ或S均可导

3、致电感变化。因此，气隙型传感器又分为变气隙厚度δ的变间隙式传感器和变气隙面积Ｓ的变面积式传感器使用最广泛的是变气隙厚度δ式变间隙式电感传感器。由线圈、铁芯和衔铁三部分组成.铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连。ω—线圈的匝数μ0—空气的导磁率S0—气隙的截面积2．气隙型传感器的输出特性变间隙式传感器的输出特性为非线性关系变面积式传感器输出特性为线性关系（2）变面积式传感器的输出特性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，所以变隙式电感式传

4、感器用于测量微小位移时是比较精确的。（1）变间隙式传感器的输出特性变面积式自感传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下，输入与输出呈线性关系；因此可望得到较大的线性范围。但是与变气隙式自感传感器相比，其灵敏度降低。3．变间隙式传感器的结构由两个相同的电感线圈Ⅰ、Ⅱ和磁路组成测量时，衔铁通过导杆与被测位移量相连，当被测体上下移动时，导杆带动衔铁也以相同的位移上下移动，使两个磁回路中磁阻发生大小相等，方向相反的变化，导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式。比较单线圈和差动两种变间隙式电感传感器特性，可得到

5、如下结论：①差动式比单线圈式的灵敏度高一倍。②差动式的非线性项等于单线圈非线性项乘以（Δδ/δ0）因子，因为（Δδ/δ0）<<1，所以，差动式的线性度得到明显改善。③为了使输出特性能得到有效改善，构成差动的两个变隙式电感传感器在结构尺寸、材料、电气参数等方面均应完全一致。二、螺管型自感传感器1．螺管型自感传感器的原理主要元件一只螺管线圈和一根圆柱形铁芯传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管线圈自感值的变化。只有在线圈中段才有可能获得较高的灵敏度，并且有较好的线性特性。为了提高灵敏度与线性度，常采用差动螺管式

6、自感传感器螺管线圈内磁场分布曲线结构差动螺旋管式自感传感器结构示意图磁场分布曲线这种差动螺管式自感传感器的测量范围为（5～50）mm，非线性误差在0.5%左右。为了得到较好的线性，铁芯长度取0.6l时，则铁芯工作在H曲线的拐弯处，此时H变化小。2．螺管型自感传感器的输出特性螺管式自感传感器的特点：①结构简单，制造装配容易；②由于空气间隙大，磁路的磁阻高，因此灵敏度低，但线性范围大；③由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰；④由于磁阻高，为了达到某一自感量，需要的线圈匝数多，因而线圈分布电容大；⑤要求线圈框架尺寸和形状必须

7、稳定，否则影响其线性和稳定性。3．螺管型自感传感器的特点灵敏度简化公式：说明：两只线圈的灵敏度大小相等，符号相反，具有差动特征。三、自感式传感器的测量电路电感式传感器的测量电路有交流电桥式、交流变压器式以及谐振式等几种形式。交流电桥测量电路变压器交流电桥谐振调幅式测量电路谐振调频式测量电路四、自感式传感器的应用1．变隙电感式压力传感器变隙电感式压力传感器由膜盒、铁芯、衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一起。当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移。于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变化

8、，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表指示值就反映了被测压力的大小。2．变隙式差动电感压力传感器变隙式差动电感压力传感器，是由C形弹簧管、衔铁、铁芯和线圈等组成。当被测压力进入C形弹簧管时，C形弹簧管产生变形，其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化，