自感式电感传感器资料

De
L 2 2t 2f
Re
31
ef
磁滞损耗电阻Rh引起的耗散因数Dh
Dh与气隙有关，气隙越大，Dh越小；
Dh不随频率变化
变磁阻式传感器
耗散因数D和品质因数Q
耗散因数D
D
Dc
De
Dh
C f
ef
Dh
当fm
C e
时，耗散因数最小值Dmin
Dh
2
Ce
品质因数Q
线圈的品质因数Q为耗散因数D的倒数
E
B点电位
UB
E 2
输出电压
Uo
UA UB
Z1
Z1 Z
2
1 2
E
平衡条件 Z1 Z2 Z
电感传感器的信号调节电路
当铁芯向下移动时
Uo
Z
Z 2Z
1 2
E
Z 2Z
E
L
Uo 2
E
Rs2 L2
当铁芯向上移动时
Uo
Z
Z 2Z
1 E 2
Z 2Z
E
Uo 2
L E
Rs2 L2
电感传感器的信号调节电路
变磁阻式传感器
线圈电感L为
W2
L n li 2
i1 i si 0s
忽略铁芯与衔铁磁阻，则线圈电感为
L 0sW 2 2
变磁阻式传感器
变磁阻式传感器的电感量与气隙厚度、 截面积和磁导率有关
变气隙厚度的电感式传感器
灵敏度高，是最常用的电感式传感器 输出特性非线性
变气隙面积的电感式传感器
精度高，线性好 性能稳定，重复性好
电感式传感器的缺点
存在交流零位信号 不适于高频动态信号测量
变磁阻式传感器
工作原理
当衔铁部分随被测物理量 产生上下位移时，衔铁与 铁芯之间的气隙发生变化， 导致磁路的磁阻发生变化， 从而使线圈的电感值发生 改变。
图示传感器的实质是一个 具有可变气隙的铁芯线圈， 气隙的改变将带来线圈自 感L的变化
电感式传感器的一般工作流程：
被测物理量——自感或互感系数变化——电 压或电流的变化
对被测物理量的认识过程：
测得输出电压或电流的变化； 依据一定的规律推知自感或互感量的变化； 依据一定的规律推知被测物理量的变化。
电感式传感器
电感式传感器的主要特点
工作可靠、寿命长 灵敏度高，分辨率高
位移变化，0.01μm 角度变化，0.1”
此时输出特性为线性
单个线圈与差动连接时传 感器的输出特性如右图所示
输出特性分析
螺管式电感传感器
工作原理
建立在线圈泄漏路径中的磁阻变化原理上，线圈 的电感与铁芯插入线圈的深度有关
沿着有限长线圈的轴向磁场强度的分布不均匀
螺管式电感传感器只有铁芯工作在线圈中段 才有希望获得较好的线性关系，此时磁场强 度的变化比较小
l / s
1
/
1
1/1
l
/ s
输出特性分析
若 1 1，可展开为
1 l / s
L L
1 1l /
s
1
1 1l /
s
1 1l /
s
2
若气隙增加，电感减小，有
L L
1 1l /
s
1
1 1l /
s
1 1l /
s
2
差动形式可以将非线性程度减小
输出特性分析
若气隙变化极小，则 dL d 1 L 1 l / s
灵敏度低 输出特性为线性特性 常用于角位移测量
变铁芯磁导率的电感式传感器
利用铁磁材料的压磁效应，改变磁导率 主要用于各种力的测量
变磁阻式传感器
等效电路
电感L
线圈内的磁场强度H H WI l
磁感应强度B B H WI
l
总磁通量Ф I W 2 S
l
线圈的自感系数L
W 2S
L
Il
什么是电感式传感器？
电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测 量转换成线圈自感或互感的变化，从而进一 步转换为电路中电压或电流的变化来实现非 电量测量的一类传感器。
根据工作原理的不同，可分为变磁阻式、变 压器式和涡流式传感器等主要类型。
可实现位移、振动、压力、流量、比重等参 数的测量。
电感式传感器
通常铁芯长度选择在0.6L左右
螺管式线圈沿轴向磁场强度分布曲线
电感传感器的信号调节电路
电感传感器的测量 电路有交流分压器 式、交流电桥式和 谐振式等几种，差 动式电感传感器常 用电桥电路作为信 号调节电路
差动式电感传感器 的电桥电路如右图 所示
电感传感器的信号调节电路
A点电位
UA
Z1 Z1 Z2
变磁阻式传感器
电阻Rc
线圈直径为d、电阻率为ρc，W匝，电阻为
Rc
4cWlc d 2
耗散因数Dc为
Dc
Rc
L
lclc 2 3 fWd 2S
C f
式中
C
lclc 2 3Wd 2S
由线圈损耗电阻Rc引起的电感耗散因数Dc与 频率f成反比
品质因数和耗散因数
品质因数
存储于元件中的能量与元件中消耗的能 量之比
耗散因数
元件中消耗的能量与存储的能量之比
线圈的耗散因数D和品质因数Q
串联
D
P耗 P储
I 2R
I 2L
R
L
Q 1 L
DR
并联
D
P耗 P储
U2 /R
U 2 / L
L
R
Q 1 R
D L
变磁阻式传感器
涡流损耗电阻Re
Re
t
6
/ p2
L
121SW
lt 2
2
104.5 p
1
2 f
由涡流损耗电阻Re引起的耗散因数De
L W 2S
l
s
1 ( / l)s
对已知线圈
1 LK
l / s
式中K SW 2为一常数
输出特性分析
若气隙减小∆δ，则电感量增加∆L
L L K
1
l / s
1 L l / s L l / s
电感的相对变化为
L
1
L l / s 1 l / s /
1
1
电阻应变片的电路思考
电桥恒压源供电与恒流源供电有什 么区别?
单臂电桥能否进行某种改造,消除环 境温度变化的影响?
传感器与检测技术
自感式电感式传感器
电感式传感器
主要内容
变磁阻式传感器
工作原理与等效电路 输出特性分析 信号调节电路
差动变压器
工作原理与等效电路 基本特性 信号调节电路
电感式传感器
Qmax
Dh
1 2
Ce 2
1 Ce
变磁阻式传感器
有并联寄生电容C的电感线圈
线圈阻抗Zs R jL j 1
Zs
C R jL j 1
C
Zs
R
1 2LC
2
jL 1 2LC
Rs
jLs
有效灵敏度为
dLs Ls
1
1
2
LC
dL L
输出特性分析
具有铁芯及小气隙的电感式传感器
电感线圈的电感L为
变磁阻式传感器
线圈的电感值 L W 2
RM
式中：W－线圈的匝数；
RM－磁路的总磁阻。
如果气隙厚度较小，且不考虑磁路铁损
RM
n i 1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
li
i si
2 0s
li 各段铁芯的长度； i 各段铁芯的相对磁导率； si 各段铁芯的截面积； 空气隙的厚度； 0 空气隙的磁导率； s 空气隙的截面积。
输出电压需进行整流、滤 波处理