传感器原理13电感式传感器.pdf

《传感器原理13电感式传感器.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、1.3电感式传感器电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。因此根据转换原理，电感式传感器可以分为自感式和互感式两大类。3.1.1自感式电感传感器自感式电感传感器可分为变间隙型、变面积型和螺管型三种类型。a)气隙型b)截面型c)螺管型自感式传感器原理图原理：x(位移、流量、振动）L（自感）UI（）结构形式：变间隙式、变面积式和螺管式。线圈自感量为：N：电感线圈的匝数；22NNAL0µ0：空气的磁导率；R2δ：空气隙厚度；mA：和面积。LL=f(A)由公式可以

2、看出，空气隙厚度δ与线圈自感L是非线性关系，磁通面积A与L是线性L=f(δ)关系，见曲线图。δ，A电感传感器特性一、变间隙型电感传感器变间隙型电感传感器的结构示意图如图所示。传感器由线圈、铁心和衔铁组成。工作时衔铁与被测物体连接，被测物体的位移将引起空气隙的长度发生变化。由于气隙磁阻的变化，导致了线圈电感量的变化。线圈铁心衔铁二、变面积型电感传感器由变气隙型电感传感器可知，气21隙长度不变，铁心与衔铁之间相对3δ而言覆盖面积随被测量的变化面改变，从而导致线圈的电感量发生变化，这种形式称之为变面积型电感传感器，其结构示意图见图。通过对

3、公式式分析可知，线圈电感量L与气隙厚度是非线性的，但与磁通截面积A却是成正比，是一种线变面积型电感传感器1-衔铁2-铁芯3-线圈性关系。三、螺管型电感式传感器图为螺管型电感式传感器的结构图。螺管型电感传感器的衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈电感量也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度有关。螺管式电感传感器线圈建立在磁路磁阻随着活动铁芯cr2衔铁插入深度不同而r变化的基础上。xlxRLmL(x)关系式：2rxcLx（）L1(1)0r2rl通过以上三种形式的电感式传感器的分

4、析,可以得出以下几点结论:I.变间隙型灵敏度较高,但非线性误差较大,且制作装配比较困难。II.变面积型灵敏度较前者小,但线性较好,量程较大,使用比较广泛。III.螺管型灵敏度较低,但量程大且结构简单易于制作和批量生产,是使用最广泛的一种电感式传感器。四、差动式电感传感器在实际使用中,常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁,构成差动式电感传感器,这样可以提高传感器的灵敏度,减小测量误差。图是变间隙型、变面积型及螺管型三种类型的差动式电感传感器。l23l34434l2a)b)c)差动式电感传感器a)变间隙型b)变面积型c)螺管型1-线圈2-

5、铁芯3-衔铁4-导杆差动式电感传感器的结构要求两个导磁体的几何尺寸及材料完全相同，两个线圈的电气参数和几何尺寸完全相同。差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等影响，也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。五、测量电路交流电桥是电感式传感器的主要测量电路，它的作用是将线圈电感的变化转换成电桥电路的电压或电流输出。前面已提到差动式结构可以提高灵敏度，改善线性，所以交流电桥也多采用双臂工作形式。通常将传感器作为电桥的两个工作臂，电桥的平衡臂可以是纯电阻，也可以是变压器的二次侧绕组或紧耦合电感线圈。图是交流

6、电桥的几种常用形式。RR43Z1Z2Z1U/2UoRULUoUUoLxU/2Z2R2LLL2Rx～Ua)电阻平衡臂电桥b)变压器式电桥c)紧偶合电感臂电桥交流电桥的几种形式1、电阻平衡臂电桥RR43电阻平衡臂电桥如图所示。Z1、Z2为传感器阻抗。RLUoLx在电桥平衡时：R2L2RxRRR33R；LL～UXX22RR44电阻平衡臂电桥在进行差动形式测量时：RRR12静态情况下：ZZRjLXX2工作时：ZZZ，ZZZX2UL当LRX时，输出电压可近似为：U02L由上式可以看出：交流电桥的输出电压与传

7、感器线圈电感的相对变化量是成正比的。2、变压器式电桥变压器式电桥如图所示，它的平衡Z1U/2臂为变压器的两个二次侧绕组，由于UUo是双臂工作形式当衔铁下移时，U/2Z2Z1=Z-△Z，Z2=Z+△Z，则有：UZ变压器式电桥U02ZUZ同理，当衔铁上移时，则有：U02Z可见，输出电压反映了传感器线圈阻抗的变化，由于是交流信号，还要经过适当电路处理才能判别衔铁位移的大小及方向。1.3.2互感式传感器（差动变压器）一、工作原理分析差动变压器的工作原理类似变压器的作用原理。这种类型的传感器主要包括有衔铁、一次绕组和二次绕组等

8、。一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。由于在使用时采用两个二次绕组反向串接，以差动方式输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。图为差动变压器的结构示