自感式传感器

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1、3.1自感式传感器本章学习自感式传感器工作原理、测量电路以及它们的应用，掌握一次仪表的相关知识。电感式传感器的工作基础：电磁感应即利用线圈电感或互感的改变来实现非电量测量分为变磁阻式、变压器式、涡流式等特点：工作可靠、寿命长灵敏度高，分辨力高精度高、线性好性能稳定、重复性好将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的36V交流电压源上，如下图所示。这时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，

2、毫安表的读数只剩下十几毫安。3.1.1工作原理先看一个实验：电感传感器的基本工作原理演示F220V准备工作电感传感器的基本工作原理演示气隙变小，电感变大，电流变小F线圈电感:N——线圈的匝数；Rm——磁路总磁阻上一页返回下一页线圈中放入圆形衔铁,电感的大小也会改变,称为螺管型传感器。上一页返回下一页a)气隙型b)截面型c)螺管型自感式传感器原理图3.1.2变气隙式自感传感器通常气隙的磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻L与δ之间是非线性关系上一页返回下一页当衔铁处于初始位置时，初始电感量为:当衔铁上移Δδ时，则，代入式(1)

3、并整理得:上一页返回下一页(1)上式展开成如下的级数形式:同理，当衔铁随被测物体的初始位置向下移动时，有上一页返回下一页(2)(3)对式（2）（3）作线性处理，即忽略高次项后可得:灵敏度为:变间隙式自感传感器的测量范围与灵敏度及线性度是相矛盾的，因此变隙式自感式传感器适用于测量微小位移场合。为了减小非线形误差，实际中广泛采用差动变隙式电感传感器。上一页返回下一页差动变隙式电感传感器1-铁芯；2-线圈；3-衔铁；当衔铁向上移动时，两个线圈的电感变化量ΔL1、ΔL2上一页返回下一页对上式进行线性处理，即忽略高次项得灵敏

4、度k0为（1）差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈式传感器的两倍。（2）单线圈是忽略以上高次项，差动式是忽略以上高次项，因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。上一页返回下一页3.1.3变面积式自感传感器传感器气隙长度保持不变，令磁通截面积随被测非电量而变，设铁芯材料和衔铁材料的磁导率相同，则此变面积自感传感器自感L为灵敏度：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。上一页返回下一页3.1.4螺线管式自感传感器

5、1-螺线管线圈Ⅰ；2-螺线管线圈Ⅱ；3-骨架；4-活动铁芯L10，L20——分别为线圈Ⅰ、Ⅱ的初始电感值；上一页返回下一页(4)当铁芯移动（如右移）后，使右边电感值增加，左边电感值减小根据以上两式，可以求得每只线圈的灵敏度为两只线圈的灵敏度大小相等，符号相反，具有差动特征。式(4)和式(5)可简化为上一页返回下一页(5)差动电感传感器的特点请分析：灵敏度、线性度有何变化曲线1、2为L1、L2的特性，3为差动特性1-差动线圈2-铁心3-衔铁4-测杆5-工件从曲线图可以看出，差动式电感传感器的线性较好，且输出曲线较陡，

6、灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。从结构图可以看出，差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。差动式电感传感器的特性3.1.5自感式传感器测量电路1.调幅电路2.调频电路3.调相电路4.自感传感器的灵敏度上一页返回下一页3.1.6调幅电路u0(1)变压器电路输出空载电压初始平衡状态，Z1=Z2=Z,u0=0衔铁偏离中间零点时使用元件少，输出阻抗小,获得广泛应用z2z1u/2u/2上一页返回下一页传感器衔铁移动方向相反时空载输出电压两

7、种情况的输出电压大小相等，方向相反，即相位差180，为了判别衔铁位移方向，就是判别信号的相位，要在后续电路中配置相敏检波器来解决上一页返回下一页2相敏整流电路：既反映输入的大，又能辨向什么是相敏整流电路根据载波的频率和相位，控制开关阵列工作，将交流的信号变成直流，或者将直流信号调制成交流，便于放大。也可以对信号设定相位门槛，去掉不要的干扰信号。(2)相敏检波电路当衔铁偏离中间位置而使Z1=Z+ΔZ增加，则Z2=Z-ΔZ减少。这时当电源u上端为正，下端为负时，电阻R1上的压降大于R2上的压降；当u上端为负，下端为正

8、时，R2上压降则大于R1上的压降，电压表V输出上端为正，下端为负。上一页返回下一页非相敏整流和相敏整流电路输出电压比较(a)非相敏整流电路；（b）相敏整流电路使用相敏整流，输出电压U0不仅能反映衔铁位移的大小和方向，而且还消除零点残余电压的影响，上一页返回下一页上一页返回下一页3.1.7调频电路传感器自感变化将引起输出电压频率的变化GCLf灵敏度很高，但线性