第5章电感式传感器

❖ 2、工作原理：
由物理学的磁路欧姆定律可知，磁路中的磁通与磁势IN成正
比，与磁路的磁阻Rm成反比。即： iN
则 线圈中的感生电势为
Rm
而L N2
di d
Rm
磁路中的总磁阻可写为
Rm=RF+Rδ
eL
L d
N t dt
而
RF
l1
1A1
l2
2A2
R
2 0A
由因于此R，F可<<得Rδ到故线R圈F常电常感被忽略L，即NRm2
L L 0 1L x1 L 0L 0 0 1 0 0 2 0 3 •••
L
则灵敏度 KL'
L0 2 2K
0
非线性误差 L
0
2
100%
由分析可见，差动式接法比单元件结构，灵敏度提高了一倍， 非线性误差减小了一个数量第级5章。电感式传感器
五、变气隙面积自感式传感器
1、线圈电感L 2、铜损电阻RC 3、涡流损耗电阻Re 4、磁滞损耗电阻Rh 5、并联寄生电容C的影响
由于并联电容C的影响，使得电感传感器的等效电感L和 等效灵敏度K都增加。因此，在使用自感式传感器时，不要随 便改变引线电缆的长度，否则会带来测量误差。因为并联电容 C与引线电缆长度有关，改变了引线电缆长度，就改变了等效 电感L和传感器的灵敏度d。如果实在需要改变引线电缆长度， 则在改变后必须重新校正传第5感章电器感式的传感灵器敏度。
三、变气隙厚度自感式传感器
原理图如5—5示。
初始时，气隙厚度为δ，电感为L0
L0＝ 2 0 A 2
工作时，如衔铁上移 则
Lx L0L2(N 2 0A) 则电感的相对增量为
L L 1 ( )2( )3. ..
灵敏度
KL
L L
1
非线性误差
L
100%
结论：单线圈变气隙厚度式电感传感器的输出、输入特性是非线性 的。欲提高变气隙厚度式自感传感器的灵敏度，需减小气隙厚度δ 但受到工艺和结构的限止。为第5保章电证感式一传定感器的测量范围与线性度，常取 δ＝0.1～0.5mm
第5章：电感式传感器及其应用
❖ 本章要求：
1、掌握自感式、互感式、涡 流式传感器的工作原理与测 量电路
2、熟悉等效电路及零点残 余电压、电涡流、电磁效应 等概念
3、了解三种传感器的结构 和用途
❖ 本章重点：
1、自感式、互感式、涡 流式传感器的工作原理、 等效电路与测量电路
2、自感式、互感式传感 器的零点残余电压
四、、差动式变气隙厚度自感传感器
单线圈变气隙厚度式电感传感器的非线性误差比较大，要想既 提高其灵敏度，又要减小非线性误差，可采用差动式结构。如图 5—6所示。初始时，δ1＝δ2＝δ0 ，工作时，如衔铁上移Δδ，
使δ1＝δ0－Δδ， δ2＝δ0＋Δδ
L X 1 L 0 L 2 ( N 2 0 A ) L 0 1 ( )2 ( ) 3 . .. L X 2 L 0 L 2 ( N 2 0 A ) L 0 1 ( )2 ( ) 3 . ..
则
LN220ba• aaL0 aa第5章电感L式L0传感器aa
L
KL
L0 1 a a
可见电感值的变化与重叠长度的变化Δα呈线性关系。
而单元件结构灵敏度比较低，故在实际应用中常采
用差动式结构。如图5—8示。
初始时，铁芯置于两个线圈之间，且两个线圈绕向
方向相反，因而上下线圈在中段气隙部分产生的磁通
自感式、互感式、涡流式、 压磁式、感应同步器 2、按结构分类： 变气隙厚度式、 变气隙面积式、 变铁芯导磁率式
0.1角秒的角位移；
4、电感传感器的缺点：
3、精度高、线性好；(δ＝0.05—0.01％) 4、性能稳定，重复性好 5、输出功率大
1、频率低，不适应高频动态测量 2、存在零位电压； 3、要求附加电源稳定；
保持气隙δ不变，令截面积随被测电量变 化，即构成变面积自感式传感器。如图
5—7示。令气隙面积A＝α×b
令气隙面积A＝α×b 初始时，衔铁与 铁芯覆盖的长度为α ，此时电感为：
如果衔铁沿水平方
L0
N20ba 2
向左移Δα，则其电感值变化为：
L x L 0 L N 2 0 b 2 (a a ) N 2 2 0 b a N 2 2 0 b a
第5章电感式传感器4、测量范围越大，灵敏度越低。
5.1、自感式传感器：
❖ 重点：工作原理，测量电路，零位电压； ❖ 难点：等效电路及有关电气参数。
一、自感式传感器结构与工作原理
❖ 1、结构： 简单自感式传感器，由线圈铁芯、衔铁三部分组
成。铁芯和衔铁都是导磁材料（硅、钢片、软铁、坡莫 合金）制成,如图5—1所示。铁芯上绕有线圈，铁芯 与衔铁之间有气隙δ，衔铁与被 测体相连。衔铁产生位移时，气 隙厚度δ或铁芯与衔铁的复盖面 积A发生变化，从而导wk.baidu.com第电5章感电感L式变传感化器 。
方向相反而抵消。故此时线圈电感值为：
L
2
0N
2b
式中：b——为衔铁与铁芯的起始重叠长度； ln d 2
d1——为衔铁外径；d2——为线圈圆柱的内d 1径。
工作时，衔铁上移Δb ，
则上气隙：Lx1 LL1 2NI2n(0(db2)b)下气隙：Lx2
d1
由于两线圈方向相反，故总的电感变化为：
LL2
2NI2n(0(db2)b)
❖ 本章难点：
相敏检波电路、涡流传感 器的阻抗特性
第5章电感式传感器
❖ 1、电感式传感器——根据电磁感 应定律，将被测非电量变化转换 成线圈的自感或互感变化的装置 称为电感式传感器 。
❖ 3、电感传感器的优点： 1、工作可靠，寿命长； 2、灵敏度高，分辨率高；能反映
0.01mm线位移
2、电感式传感器的分类： 1、按工作原理分类：
N2
2
RmRFR N20A
R
20A
2
0A
根据上式可构成三种类型的电感传感器；
L＝f(δ)∣ C 变气隙(δ)式电感传感器； C
L＝f(A)│AC 变气隙面积(A)式电感传感器； C
L＝f(μ)∣AC 变导磁第系5章数电(感μ式传)感式器电感传感器。 C
二、自感线圈的等效电路及其有关电气参数分析 实际上，自感式传感器不是纯电感。因为它有引 线电缆与测量电路相连，而引线电缆有电阻，因 此其等效电路如图5—2示：
d0
由L分x1析L可L1见2，NI2差n(0(dd动b12)式b)结构L灵x2 敏L度L提2 高2一NI2倍n(0d(，db02)b)L 且这种结构使其具有抗外界干扰以及消除 L