电感式传感器汇总

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一自感式传感器
自感系数常用L表示，简称自感或电感。 线圈的自感与线圈的直径、长短、匝数等因 素有关。线圈面积越大，线圈越长，单位长 度匝数越密，它的自感就越大。有铁芯的线 圈的自感比没有铁芯时大很多。
自感的单位是亨利，简称亨，符号是H。常 用的较小的单位有毫亨（mH）和微亨 （μH）。
1-差动线圈 2-铁心 3-衔铁 4-测杆 5-工件
请分析：灵敏度、 线性度有何变化
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差动式电感传感器的特性
从结构图可以看出，差动式电感传感器 对外界影响，如温度的变化、电源频率的变 化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁 吸力也较小，从而减小了测量误差。
从曲线图可以看出，差动式电感传感 器的线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度 约为非差动式电感传感器的两倍。
灵敏度最低，线性度好，测量范 围大。
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自感式电感传感器常见的形式
变隙式
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变截面式
螺线管式
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差动电感传感器的特点
在变隙式差动电感传感 器中，当衔铁随被测量移动 而偏离中间位置时，两个线 圈的电感量一个增加，一个 减小，形成差动形式。
曲线1、2为L1、L2 的特性， 3为差动特性
互感：
➢两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将 影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。 ➢互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合 的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。
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分为自感式、互感式、电涡流式 特点：工作可靠、寿命长
灵敏度高，分辨力高 精度高、线性好 性能稳定、重复性好
自感传感器的单位多为mH数量级。
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先看一个实验：
将一只380V交流接触器线圈与交流 毫安表串联后，接到机床用控制变压器 的36V交流电压源上。这时毫安表的示 值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的 活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会 发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与 固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表 的读数只剩下十几毫安。
电感式传感器
电感器能够把电能转化为磁能而存储起来的 元件。电感器具有一定的电感，它只阻碍电 流的变化。
电感式传感器工作基础：电磁感应 即利用线圈电感或互感的改变来实现非电量测量
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自感：
➢当线圈中有电流通过时候，线圈的周围就会产生磁场。 ➢当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应 的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势 （感生电动势）（电动势用以表示有源元件理想电源的 端电压），这就是自感。 ➢用导线绕制而成,具有一定匝数,能产生一定自感量或互 感量的电子元件,常称为电感线圈。
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电感传感器的基本工作原理演示
F
准备工作
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220V
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电感传感器的基本工作原理演示
F
气隙变小，电感变大，电流变小
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电感传感器的基本工作原理
当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也 较大，线圈的电感量L和感抗XL 较小，所以 电流I 较大。当铁心闭合时，磁阻变小、电
感变大，电流减小。
L N2 Rm
Rm
l
A
2 0 A0
2 0 A0
I U U
X L 2fL
Rm：磁路中的总磁阻； l：铁心的导磁长度； μ0,μ：分别为空气磁导 率和铁心相对磁导率；
A和A0：分别为气隙截 面积和铁心导磁截面积
δ：气隙长度
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工作原理：
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电感量计算公式 ：
把被测量的变化转换成互感系数的变化。
电源中用到的“单相变压器”有一个一次线圈
（又称为初级线圈），有若干个二次线圈（又称次级
线圈）。当一次线圈加上交流激磁电流i后，将在二次＋
线圈中产生感应电动势e，其大小与电流i的变化率成
正比，即。
e M di
dt
M为互感系数，反映了两线圈的耦合程 度，与衔铁位置、线圈结构等因素有关。
L N 20 A
A
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N：线圈匝数；A ：气隙的有效截面积；
0 ：真空磁导率； ：气隙厚度。
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➢变气隙式：若固定A0，改变δ
dL N 2 0 A0 d 2 2
K N 2 0 A0 2 2
灵敏度与气隙距离的平方成反比，δ愈小，灵敏度愈高。为 了减少非线性误差，这种传感器适用于较小位移的测量，测 量范围约在0.001-1mm左右。由于自由行程小，而且衔铁在 运行方向上受铁心限制，制造装配困难。由于这些原因，近 年来这种类型的传感器使用逐渐减少。
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灵敏度与线性度
差动变压器的灵敏度一般可达 0.5~5V/mm，行程越小，灵敏度越高。
为了提高灵敏度，励磁电压在10V左 右为宜。电源频率以1~10kHz为好。
差动变压器线性范围约为线圈骨架 长度的1/10左右。
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测量转换电路
测量转换电路的作用是将电感量的变化 转换成电压或电流的变化——交流电桥。
交流电桥平衡的条件：
Z1Z4 Z2Z3
相对两臂阻抗之模的乘积相等，相对 两臂阻抗角的和相等。
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二 互感型传感器（差动变压器式传感器）
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在实际应用中，基本上采用两个二次线圈组成差动形 式，称为差动变压器。
两个二次线圈反向串联，组成差动输出形式。
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差动变压器式传感器的工作原理
差动变压器式传感器是把被测位移量转换 为一次线圈与二次线圈间的互感量M的变化的 装置。当一次线圈接入激励电源之后，二次线 圈就将产生感应电动势，当两者间的互感量变 化时，感应电动势也相应变化。由于两个二次 线圈采用差动接法，故称为差动变压器。目前 应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。
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➢变面积式：若固定δ，改变A0
dL
N 20 2
dA0
K N 20 2
这种类型的传感器的灵敏度比变气隙型的低， 但其灵敏度为一常数，线性度好，量程范围 大，自由行程可按需要安排，制造装配也较 方便。
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➢螺管式：在一个螺管圈内插入一 个活动的柱型衔铁。
当衔铁在线圈中运动时，磁阻发 生变化，导致自感L的变化。