《电感式传感器》PPT课件

2
L0
0
结论：
（1）差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈式传感器的两倍。
2
3
（2）单线圈是忽略
0

以上高次项，差动式是忽略
0

以上高次项，
因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。
4.1.2 螺管型自感传感器 有单线圈和差动式两种结构形式。
单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈和一根圆柱形铁芯。传感器工 作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管线圈自感值的变化。当用恒 流源激励时，则线圈的输出电压与铁芯的位移量有关。
4.1.3 自感线圈的等效电路
假设自感线圈为一理想纯电感，但实际传感器中包括：线圈的铜 损电阻（Rc）、铁芯的涡流损耗电阻（Re）和线圈的寄生电容 （C）。
Rc C
Re
L
自感传感器的等效电路
4. 1.4 测量电路 1、交流电桥
交流电桥是自感传感器的主要测量电路，为了提高灵敏度，改善 线性度，自感线圈一般接成差动形式，如图。Z1、Z2为工作臂， 即线圈阻抗，R1、R2为电桥的平衡臂
1S1

l2
2S2

l
0S
l1：铁芯磁路总长；l2：衔铁的磁路长；S：隙磁通截面积； S1：铁芯横截面积；S2：衔铁横截面积；μ1：铁芯磁导率； μ2：衔铁磁导率；μ0：真空磁导率，μ0=4π×10-7H／m； lδ：空气隙总长。
L N2 N2 Rm

l1
1S1

l2
2S2
差动变隙式电感传感器
当衔铁向上移动时，两个线圈的电感
变化量Δ L1、Δ L2
L
L1
L2
2L0
0

1 Leabharlann Baidu


0
2



0
4



对上式进行线性处理，即忽略高次项得
灵敏度k0为
k0

L / L0

2
0
L
1
2
0.5lδ
x (a)气隙式
3 (b)变截面式
变化曲线示意图
由磁路基本知识知，线圈自感为 L N 2
Rm
N：线圈匝数；Rm：磁路总磁阻(铁芯与衔铁磁阻和空气隙磁阻) 气隙式自感传感器，因为气隙较小(lδ为0.1～1mm)，所以，认为气隙磁场是 均匀的，若忽略磁路铁损，则磁路总磁阻为
Rm

l1
2、变压器电桥
平衡臂为变压器的两个副边，当负载阻抗为无穷大I时，流入工
作臂的电流为 I E
Z1 Z2
U SC

Z1
E Z2
Z2

E 2

E 2
Z1 Z1

Z2 Z2
E
E/2
Z1
变压器电桥的输出电压幅值
USC 2
L E RS2 2L2
E/2
Z2 USC
变压器电桥原理图
本章主要内容
掌握自感式传感器的工作原理，了解其分类 掌握自感式传感器的等效电路和测量电路 熟悉差动变压器的工作原理 了解差动变压器的测量电路 了解电涡流式传感器的工作原理 熟悉电感式传感器的主要应用
4.1 自感式传感器 有气隙型和螺管型两种结构。
4.1.1气隙型自感传感器 1、工作原理 组成：线圈1，衔铁3和铁芯2等。 图中点划线表示磁路，磁路中空气隙总长度为lδ 。
电桥平衡条件： Z1 R1 设Z1=Z2=Z=RS+jωZL2；RR12=R2=R RS1=RS2=RS； L1=L2=L E为桥路电源，ZL是负载阻抗。工作 时，Z1=Z+Δ Z和Z2=Z-Δ Z
Z1
RS1
R1
E
L1 ZL
L2 USC
Z2
RS2
R2
U SC

E
Z Z

2ZL
ZL R

Z
交流电桥原理图
这种差动螺管式自感传感器的测量范围为(5～50)mm, 非线性误差在0.5％左右。
H（IN） 0.8 l 0.6 0.4
-1.2 -0.8 -0.4 0.2
x(l)
0.4 0.8 1.2 0.2
(a)
2lc
x 2l
线圈Ⅰ
Δlc r 线圈Ⅱ
0.4 0.6
0.8
差动螺旋管式自感传感器
(a)结构示意图
(b)磁场分布曲线
4.1.5 自感式传感器的应用
2.自感式压力传感器
变隙式自感压力传感器结构图
变隙差动式电感压力传感器
4.2 差动变压器
4.2.1 结构原理与等效电路 分气隙型和差动变压器两种。目前多采用螺管型差动变压器。

l
0S

简化得：
L N 20S
l
2、特性分析
L
主要特性:灵敏度和线性度。
若忽略高次项，则自感变化灵敏度为：
KL

L l

L l
1 l
1 l
r
ΔL1
L0
ΔL2
lδ
lδ0
结论：
①当气隙lδ 发生变化时，自感的变化与气隙变化均呈非线性关系，其非线性 程度随气隙相对变化Δ lδ /lδ 的增大而增加； ②气隙减少Δ lδ 所引起的自感变化Δ L1与气隙增加同样Δ lδ 所引起的自感变 化Δ L2并不相等，即Δ L1＞Δ L2，其差值随Δ lδ /lδ 的增加而增大。
优点：与电阻平衡电桥相比，元件少，输出阻抗小，桥路开路时电路呈线性； 缺点：变压器副边不接地，易引起来自原边的静电感应电压，使高增益放大器 不能工作。
4.1.5 自感式传感器的应用 1. 自感式位移传感器
1 传感器引线 2 铁心套筒 3 磁芯 4 电 感 线 圈 5 弹 簧 6 防转件 7 滚 珠 导 轨 8 测杆 9 密封件 10玛瑙测端
1.0 H（INl ）
0.8 l
0.6 r
0.4
x
0.2
单线圈螺管型传感器
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 螺管线圈内磁场分布曲线
结论：
x（l）
1. 在线圈中段才有可能获得较高的灵敏度，并且有较好的线性特性。
为了提高灵敏度与线性度,常采用差动螺管式自感传感器。
结论：
1.为了得到较好的线性,铁芯长度取0.6l时,则铁芯工作 在H曲线的拐弯处,此时H变化小。 特点：
目录
本章主要内容 4.1 自感式传感器 4.1.1气隙型自感传感器 4.1.2螺管型自感传感器 4.1.3自感线圈的等效电路 4.1.4测量电路 (1)交流电桥（2）变压器电桥 4.1.5 自感式传感器的应用 4.2差动变压器 4.2.1结构原理与等效电路 4.2.2误差因素分析 4.2.3测量电路 4.2.4差动变压器的应用 （1）加速度传感器（2）微压力变送器 4.3电涡流式传感器工作原理 4.4 电感式传感器的应用 （1）位移测量（2）振动测量（3）连续油管的椭圆度测量 （4）电感式滚柱直径分选装置（5）无损探伤