电感式传感器线位移及尺寸测量

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1、第4章电感式传感器·线位移及尺寸测量传感器原理与工程应用PrincipleandApplicationofSensors4.1自感式传感器4.2差动变压器式传感器4.3涡流传感器4.4感应同步器4.5线位移及尺寸测量基本知识4.6电感式位移传感器4.7其它线位移及尺寸测量传感器第4章电感式传感器.线位移及尺寸测量本章内容绪论电感式传感器是利用线圈自感（self-inductanceofcoils）或互感（mutualinductanceofcoils）的改变来实现测量的一种装置。可以测量位移、振动、压力、流量、比重等参数。电感式传感器的核心部分是可变的自感或互感，在将被测量转换成线圈自感或

2、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现象。这类传感器的主要特征是具有电感绕组。习惯上讲的电感式传感器通常指自感式传感器（变磁阻式reluctancevariationsensors），而互感式传感器由于它利用变压器原理，又往往做成差动式，故称作差动变压器（linearvariabledifferentialtransformers(LVDTs)）此外，利用涡流原理的电涡流式传感器（Eddycurrentsensors）、利用材料压磁效应（Piezo-magneticeffect）的压磁式传感器、利用平面绕组互感原理的感应同步器(Inductosyn)等，亦属电感式传感器P

3、artA电感式传感器特点（1）工作可靠、寿命长；（2）灵敏度高、分辨率高;位移:0.01μm;角度0.1”;输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm。（3）精度高、线性好;在几十μm到数百mm的位移范围内，输出特性的线性度较好，且比较稳定。非线性误差：0.05%~0.1%；（4）性能稳定、重复性好。不足：存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。PartA电感式传感器4.1自感式(变磁阻)传感器4.1.1工作原理1—线圈coil；2—铁芯Magneticcore；3—衔铁Movingcoreself-inductanceofcoilis:式中：N----numberofturnsRM-----

4、--reluctanceΔxΔδΔRMΔLPartA电感式传感器因为气隙较小(0.1～1mm)，所以，认为气隙磁场是均匀的，若忽略磁路铁损，则磁路总磁阻为:铁芯磁导率远大于空气的磁导率，因此铁芯磁阻远较气隙磁阻小线圈自感L为：分类：变气隙厚度δ的电感式传感器；变气隙面积S的电感式传感器；变铁芯磁导率μ的电感式传感器；PartA电感式传感器自感式电感传感器常见的形式1—线圈coil；2—铁芯Magneticcore；3—衔铁Movingcore变气隙式变截面式螺线管式PartA电感式传感器L=f（S）L=f（δ）δLSL=f(δ)为非线性关系。当δ＝0时，L为∞，考虑导磁体的磁阻，当δ＝0时

5、，并不等于∞，而具有一定的数值，在δ较小时其特性曲线如图中虚线所示。如移动衔铁使面积S改变，从而改变L值时,则L＝f(S)的特性曲线为一直线。4.1.2电感计算与输出特性分析PartA电感式传感器1.变气隙式自感传感器如图，传感器初始电感量为：传感器工作时，若衔铁移动使气隙增加Δδ，则电感减小，变化量为ΔL：自感的相对变化量为：PartA电感式传感器一般，，则上式可由泰勒级数展开成级数形式为将上式作线性处理，忽略高次项，可得自感变化与气隙变化成近似线性关系：变气隙式自感传感器的灵敏度为可见，灵敏度K随初始气隙的增大而减小。PartA电感式传感器非线性误差为:非线性误差随的增大而增大采用图示

6、差动变隙式电感传感器，可以减小非线性，提高灵敏度。差动变隙式自感传感器的电感变化量为：PartA电感式传感器差动式电感传感器的电感相对变化量为：当，上式展开成泰勒级数：忽略高次项，可得:差动变隙式自感传感器的灵敏度为非线性误差为PartA电感式传感器①差动式自感传感器的灵敏度比单线圈传感器提高一倍②差动式自感传感器非线性失真小,如当Δδ/δ=10％时,单线圈γ＜10％；而差动式的γ＜1％③采用差动式传感器，还能抵消温度变化、电源波动、外界干扰、电磁吸力等因素对传感器的影响75502505075100L/mHδ/mm10025LD4321ⅠⅡ12341线圈Ⅰ自感特性曲线；2线圈Ⅱ自感特性曲线

7、；3线圈Ⅰ与Ⅱ差动自感特性曲线；4差动电桥输出电压－位移特性曲线PartA电感式传感器δLΔL1ΔL2L0δ0注意！①当气隙δ发生变化时，自感的变化与气隙变化均呈非线性关系，其非线性程度随气隙相对变化Δδ/δ的增大而增加；②气隙减少Δδ所引起的自感变化ΔL1与气隙增加同样Δδ所引起的自感变化ΔL2并不相等，即ΔL1＞ΔL2，其差值随Δδ/δ的增加而增大。气隙减小或增大同样值时自感变化相同吗？PartA电感式传感器rx螺管