中南大学传感与检测pptch6电感传感器ppt课件.ppt

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1、第6章电感式传感器6.电感式传感器（变磁阻）6.1自感式传感器自感传感器原理变气隙自感传感器与差动结构型变面积和罗管型自感传感器测量电路6.2差动变压器结构原理与等效电路误差因素分析测量电路电感传感器的应用6.3电涡流式传感器涡流效应高频反射式电涡流传感器的结构与原理低频透射式涡流传感器测量电路电涡流传感器的应用概述原理：基于电磁感应，将被测量的变化转换为线圈自感或互感或磁路磁阻的变化，再经转换电路变成电压或电流变化。可测量：位移、转角、振动、压力、应变、流量、比重等。种类：自感式与互感式；气隙型、面积型和螺管

2、型优点：①结构简单、可靠，测量力小衔铁为(0.5~200)×10-5N时，磁吸力为(1~10)×10-5N。②分辨力、灵敏度高线位移：0.1m或更小；角位移：0.1角秒。输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm。③重复性、线性度好在几十m到数百mm位移范围内输出线性度较好，较稳定。不足：存在交流零位信号，不宜用于高频动态测量。6.电感式传感器（变磁阻）6.1自感式传感器1、工作原理当匝数为N的线圈通以电流I产生磁通链为。磁通链与线圈电流之比称为自感系数，简称电感L，即L=/I=N/I式中为穿过每匝线

3、圈的磁通。根据磁路的欧姆定律有：=NI/Rm，式中Rm为磁路的总磁阻。由上两式可得：L=N2/Rm可知，要将被测量变化转化为自感变化，在线圈形状与线圈匝数都不变的情况下，被测量可通过改变磁路的磁阻来改变自感系数。因此这类传感器又称为可变磁阻型自感式传感器。根据结构形式不同，可变磁阻式传感器又分为气隙厚度变化型、气隙面积变化型和螺管型三种类型。6.电感式传感器（变磁阻）6.1自感式传感器2、气隙厚度变化型自感传感器典型组成结构：如图所示，基本由线圈1，衔铁3和铁芯2等构成。图中点划线表磁路，磁路中空气隙总长度为

4、2l。当活动衔铁与被测物相连，并与铁芯保持一定距离。当被测物移动时，气隙变化，引起磁阻变化，从而使线圈电感发生变化。lδ123x(a)气隙式(b)变截面式6.电感式传感器（变磁阻）6.1自感式传感器2、气隙厚度变化型自感传感器设铁芯磁路第i段长为li、导磁率为i、导磁面积为Si；气隙长为l，导磁率0，导磁面积S0。不考虑磁路损失的总磁阻为：通常气隙磁阻远大于铁芯的磁阻，当铁心工作在非饱和状态时，其磁阻可忽略不计，故磁路总磁阻为：Rm=2l/(0S0)。由磁路知识可知，线圈匝数为N匝时，线圈的电感量L

5、为：可知，自感与气隙的大小成反比，与气隙导磁面积成正比。6.电感式传感器（变磁阻）6.1自感式传感器2、气隙厚度变化型自感传感器若固定S0，改变l，则传感器灵敏度由于灵敏度kL不是常数，因此存在非线性，为减小非线性误差，在实用中，一般规定传感器在较小间隙的变化范围内工作，或者采用差动接法。如图所示，两个传感器件以差动工作方式组配，衔铁最初居中，两侧初始电感为L0，当衔铁位移l时，两线圈的间隙分别为l+l和l-l，即一个线圈自感增，另一个线圈自感减，把两线圈接入电桥相邻臂时，输出灵敏度比单个提高

6、一倍，并可降低非线性误差，消除外界干扰。6.电感式传感器（变磁阻）6.1自感式传感器3、气隙面积变化型自感传感器如右图所示，固定气隙，改变气隙导磁面积，则自感与成线性关系。4、螺管型自感传感器在螺管线圈中插入一个活动衔铁，衔铁在线圈中运动时，磁阻发生变化，使线圈自感变化。其特点是磁阻高、灵敏度低，在实用中该类传感器常用差动结构(如右下图所示)。将铁芯置于两线圈中间，当铁芯移动时，两线圈的电感产生相反方向的增减，利用电桥将两个电感接入电桥的相邻桥臂，可获得比单个工作方式高的灵敏度和大的线性工作范围。5、测量电路电

7、感传感器常用交流电桥(见电容传感器篇)。6.电感式传感器（变磁阻）6.2互感型变压器式电感传感器1、结构原理与等效电路将被测量的变化转换为互感系数来实现传感。其实质上是一个输出电压可变的变压器，常采用差动形式而称为差动变压器。有气隙型和螺管型，目前多采用螺管型差动变压器式。1初级线圈;2.3次级线圈;4衔铁1243123(a)气隙型(b)螺管型基本元件与构成:由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈框架等构成。初级线圈作为差动变压器的激励，相当于变压器原边，次级线圈由结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接而成，相当于变压

8、器的副边。与变压器的不同处：(a)磁路,(b)副边连接6.电感式传感器（变磁阻）6.2互感型变压器式电感传感器1、结构原理与等效电路理想情况下(忽略线圈寄生电容及衔铁损耗)，差动变压器的等效电路如图。初级线圈的复数电流值为e1初级线圈激励电压L1,R1初级线圈电感和电阻M1,M1分别为初级与次级线圈1,2间的互感L21,L22两个次级线圈的电感R21,R22两个次级线圈的电阻ω—激励电