电感式传感器讨论课

电感式传感器的基本原理及典型应用

指导教师：边*

班级：机电一班

小组成员：

撰写时间：2015.06.07

摘要

本文主要介绍了基于自感原理的电感式传感器，采用互感原理的互感式传感器的差动变压器式传感器和电涡流式传感器。分别介绍了

一下它们的工作原理和优点及缺点。因其结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等突出的优点，目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、粮食等行业中应用广泛。

摘要 (1)

一、自感式传感器： (4)

1.气隙型电感式传感器 (4)

2.螺管式电感传感器 (6)

3.电感线圈的等效电路 (6)

5.传感器应用 (7)

二、差动变压器 (8)

1.结构和工作原理 (8)

2.基本特性 (8)

3.测量电路 (9)

4.差动变压器的应用 (9)

三、电涡流式传感器 (11)

1.电涡流式传感器的工作原理 (11)

2.高频反射式高频反射式电涡流传感器 (12)

3.测量电路 (13)

4.电涡流式传感器的应用 (13)

前言

电感式传感器是基于电磁感应原理，利用线圈自感或互感的变化来实现非电量电测的一种装置。利用这种转换原理，可以测量位移、振动、压力、应变、流量、密度等参数

电感式传感器具有以下优点： （1）结构简单，工作可靠；

（2）灵敏，分辨率高（位移变化可达0.01μm ）； （3）零点稳定，漂移最小可达0.1μm ；

（4）测量精度高，线性好（非线性误差可达0.05%~0.1%）； （5）输出功率大，即使不用放大器，一般也有（0.1~5）V/mm 的输出值，且性能稳定。

电感式传感器的主要缺点：频率响应较低，不宜用于快速动态信号的测量；分辨率和示值误差与测量范围有关，测量范围愈大分辨率和示值精度相应降低；存在交流零位信号。

电感式传感器的种类有很多，通常所说的电感式传感器是基于自感原理的自感式传感器；而采用互感原理的互感式传感器有差动变压器式传感器（利用变压器原理，且往往做成差动形式）和电涡流式传感器。

电感式传感器具有结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等突出的优点，特别适合用于酸类，碱类，氯化物，有机溶剂，液态CO2，氨水，PVC 粉料，灰料，油水界面等液位测量，目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、粮食等行业中应用广泛。

一、自感式传感器：

1.气隙型电感式传感器

(1)工作原理

L 0δδ

∆

线圈电感为：m 2

/R W L =

磁路总磁阻为：S S l

S l R 0222111m μδμμ+

+=

故：

S S l

S l W L 02221112/

μδμμ+

+=

由于电感式传感器的铁芯磁导率远大于空气磁导率，故：

δ

μS

W L 02=

（2）特性分析： 其特性曲线：

L

∆δ

∆δ

L

可以看出：

①当气隙发生变化，电感的变化与气隙变化呈非线性关系，其非线性程度随气隙相对变化增大而增大。

②气隙减小所引起的电感变化与同样的气隙增大引起的电感变化并不相等。

2.螺管式电感传感器

（1）原理： 经过推导得：

)

(10

472H l AW L -⨯=πμ

不难看出，其有测量范围大，数百毫米，灵敏度低，大量程直线位移特点。

3.电感线圈的等效电路

电感线圈的等效电路（如图）

l

4.测量电路

交流电桥是电感式传感器和电容式传感器的主要测量电路，它的作用是将床干起线圈电感或传感器电容的变化转换为桥路的电压或者电流输出。 常用工作电路有：

①单臂工作

②双臂工作（差动形式）

下图是常用双臂工作示意图： 则有

Z

Z U U AC ∆⋅

=20 00022L L U L j R L j U AC AC ∆≈+∆⋅= ωω 5.传感器应用

电感式传感器—般用于接触测量，可用于静态和动态测量。测量的基本量是位移，也可

以用于振动、压力、荷重、流量、液位等参数测量。

常用有：电感测微仪、电感压力传感器等。

二、差动变压器

1.结构和工作原理

1.1结构

差动变压器式传感器的结构主要为螺管型，如图1-1所示（为三段式差动变压器）。线圈由初级线圈（激励线圈，相当于变压器原边）P和次级线圈（相当于变压器的副边）S1、S2组成；线圈中心插入圆柱形铁芯（衔铁）b。

S1 P S2

图1-1 差动变压器结构示意图图1-2 差动变压器

的电气连接线路图

1.2工作原理

差动变压器的两个次级线圈反相串接，其电气连接如图1-2所示。差动变压器工作原理与一般变压器的工作原理是一致的，所不同之处在于：一般变压器是闭合磁路，而差动变压器是开磁路；一般变压器原、副绕组之间的互感是常数，而差动变压器原、副边之间的互感随铁芯移动而变动。差动变压器式传感器的工作原理正是建立在互感变化的基础上。

2.基本特性

①灵敏度：差动式变压器在单位电压激磁下、铁芯移动单位距离时所产生的输出电压的变化，其单位为mV/（mm*V）。

②频率特性：差动变压器的激磁频率一般以50Hz~10kHz较为合适。

③相位：差动变压器的次级电压对初级电压通常导前几度到几十度的相角。

④线性范围：理想的差动变压器次级输出电压与铁芯位移成线性关系，由于直径、长度、材料的不同和线圈骨架的形状、大小的不同等影响，一般差动变压器的线性范围约为线圈骨架长度的1/10~1/4。

⑤温度特性：在造成温度误差的各项原因中，影响最大的是初级线圈的电阻