传感器技术及应用第四章电感式传感器ppt课件.ppt

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1、第4章电感式传感器4.1自感式电感传感器4.2互感式电感传感器4.3电涡流式传感器4.1自感式电感传感器4.1.1变隙式传感器1.工作原理变隙式传感器的结构原理如图4-1(a)所示，它主要由线圈、铁心及衔铁等组成。在铁心和衔铁之间有空气隙，线圈匝数N，每匝线圈产生的磁通为φ。传感器工作时，衔铁与被测物体连接，当被测物移动时，气隙厚度发生变化，气隙的磁阻发生相应的变化，从而导致电感的变化，就可以确定被测量的位移大小。根据电磁感应定律，当线圈中通以电流i时，产生磁通，其大小与电流成正比，即对于变隙式电感传感器，如果空气隙较小，若忽略磁路铁损，根据磁路的欧姆定

2、律则磁路总磁阻Rm为下一页返回4.1自感式电感传感器式中λ——导磁体(铁心)的长度(m)；——铁心导磁率(H/m)；s——铁心导磁横截面积(m2)，——空气隙长度(m)；——空气导磁率，(H/m)；——空气隙横截面积(m2)；因为一般导磁体的磁阻与空气隙的磁阻相比是很小的，计算时可以忽略不计，则上一页下一页返回4.1自感式电感传感器因此，自感L可写为(4-2)2.变气隙式自感传感器的输出特性当衔铁处于初始位置时，初始电感量L0为表明自感L与空气隙成反比，而与空气隙导磁截面积s0成正比。当固定s0不变，变化时，L与呈非线性(双曲线)关系，如图4-1(b)所

3、示。当衔铁下移Δ时，传感器气隙增大Δ，电感量变化为ΔL1上一页下一页返回4.1自感式电感传感器电感量的相对变化为当时，可将上式展开成泰勒级数形式(4-3)同理，当衔铁上移时，电感量变化为ΔL2电感量的相对变化为同样展开成泰勒级数形式上一页下一页返回4.1自感式电感传感器(4-4)忽略式(4-3)或式(4-4)中二次项以上的高次项，可得传感器的灵敏度为由上式可见，变隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾。线圈电感与气隙长度的关系为非线性关系，非线性度随气隙变化量的增大而增大，只有当Δd占很小时，忽略高次项的存在，可得近似的线性关系〔这里未考虑漏磁的

4、影响)。所以，单边变间隙式电感传感器存在线性度要求与测量范围要求的矛盾。上一页下一页返回4.1自感式电感传感器电感L与气隙长度的关系如图4-1(b)所示。它是一条双曲线，所以非线性是较严重的。为了得到一定的线性度，一般取。为解决这一矛盾，通常采用差动变隙式电感传感器，差动式变间隙电感传感器，要求上、下两铁心和线圈的几何尺寸与电气参数完全对称，衔铁通过导杆与被测物相连，当被测物上下移动时，衔铁也偏离对称位置上下移动，使一边间隙增大，而另一边减小，两个回路的磁阻发生大小相等、方向相反的变化，一个线圈的电感增加，一个则减少，形成差动形式。两个线圈电感的总变化量

5、为上一页下一页返回4.1自感式电感传感器忽略高次项，其电感的变化量为可见，差动式的灵敏度比单边式的增加了近一倍，而且其非线性误差比单边的要小得多。所以，实用中经常采用差动式结构。差动变隙式电感传感器的线性工作范围一般取。4.1.2变面积型电感传感器如果变隙式电感传感器的气隙长度不变，铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变化而改变，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，其结构示意图如图4-2所示。上一页下一页返回4.1自感式电感传感器通过分析可知，线圈电感量L与气隙厚度是非线性的，但与磁通截面积s却是成正比，是一种线性关系。特性曲

6、线如图4-3所示。4.1.3螺管式电感传感器图4-4所示为螺管式电感传感器的结构示意图。当活动衔铁随被测物移动时，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。设线圈长度为l、线圈的平均半径为r、线圈的匝数为N、衔铁进入线圈的长度la、衔铁的半径为ra、铁心的有效磁导率为µm。试验与理论证明，若忽略次要因素，且满足l》r，则线圈的电感量L与衔铁进入线圈的长度la的关系可表示为上一页下一页返回4.1自感式电感传感器则线圈的电感量L与衔铁进入线圈的长度la的关系可表示为(4-6)通过以上三种形式的电感传感器

7、的分析，可以得出以下几点结论。变间隙式灵敏度较高，但非线性误差较大，自由行程较小，且制作装配比较困难。变面积式灵敏度较前者小，但线度较好，量程较大，使用比较广泛。螺管式灵敏度较低，测量误差小，但量程大且结构简单易于制作和批量生产，是使用越来越广的一种电感式传感器。4.1.4差动式电感传感器上一页下一页返回4.1自感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4-5所示是变间隙式、变面积式及螺管式3种类型的差动式电感传感器。差动式电感传感器的结构要求两个导磁体的几何尺寸及

8、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度