电容式电感式传感器

可见，当衔铁位置左右移动时，可使两个线圈的
间隙按 和 变化，一个线圈自感增加，
一个线圈自感减少。又如果将两线圈接于电桥的 相邻桥臂，其输出灵敏度可提高一倍，并改善了 线性特性。 下图是双螺管线圈差动型，较之单螺管线圈型有 较高灵敏度及线性，被用于电感测微计上，其测 量范围为0～300μm，最小分辨力为0.5μm。这种 传感器的线圈接于电桥上，构成两个桥臂，线圈
一般约为0.001～1 mm。
若将变气隙式自感传感器的气隙厚度δ保持不变， 使气隙导磁截面积A随被测非电量而变，即构成变 面积式自感传感器。如图
A=a×b
A
将式 L W 20 A0 对A0求导，得其灵敏度S为： 2 SdLW20 常数
dA 2
即变面积式自感传感器输出特性呈线性，因此测 量范围大。但与变气隙式相比，其灵敏度S较低。 欲提高灵敏度，初始气隙厚度δ不能过大，但同样 受工艺和结构的限制，δ的选取与变气隙式相同。
6 电感式传感器
电感式传感器的工作原理：它是利用电磁感应原 理，通过线圈自感或互感的变化，实现非电量的 电测。 用途及特点：常用来测量位移、振动、压力、应 变、流量、比重等物理量参数。 优点：具有结构简单、工作可靠、寿命长、使用 范围广 缺点：存在交流零位信号，不适宜高频动态测量。 分类：按工作原理分为自感式（可变磁阻式）、 互感式（差动变压器式）、电涡流式三种。
差动式自感传感器 上述三种自感式传感器，由于线圈电流的存在，
衔铁上始终作用有电磁吸力，影响测量准确度； 而且易受电源电压、频率的波动与温度变化等外 界干扰的影响，因此不适合精密测量。为了克服 上述缺点，所以现在大都采用差动式。
变气隙差动式自感传感器
差动变气隙式传感器的结构原理如图（a）所示。它由两
μ0 —空气导磁率； A0—空气隙导磁横截面积(m2)。
因为μ>>μ0，则:
Rm
2 0 A0
因此，自感L可写为：
LW2/RmW220A0
上式表明，自感L与气隙δ成反比，而与气隙导磁
截面积A0成正比。当固定A0不变，变化δ时（称为 变气隙式自感传感器），L 与δ呈非线性（双曲线）
关系Baidu Nhomakorabea如图所示。
将上式对δ求导，得变气隙式传感器的灵敏度为
根据磁路欧姆定律，磁通φm为：
miW/Rm
➢式中iW ——磁势，A
Rm ——磁阻，H-1
于是得到： LW2 /Rm
如果空气隙δ较小，而且不考虑磁路的铁损时，
则磁路总磁阻为：
l 2
Rm
A 0A0
➢式中： l—导磁体 (铁芯)的总长度(m)；
μ—铁芯导磁率(H/m)；
A—铁芯导磁横截面积(m2)，S＝a×b; δ—空气隙长度(m);
螺管式自感传感器 其结构原理如图所示，它由螺管、线圈、衔铁等 组成，随着衔铁插入的深度的不同引起线圈电感 量发生变化。 ➢螺管式自感传感器又分单螺管式和双螺管差动式 两种
单螺管线圈型
螺管式自感传感器与前两种传感器相比，具有以 下特点： ➢⑴结构简单，制造装配容易； ➢⑵由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰； ➢⑶由于空气隙大，磁路磁阻大，故灵敏度较前两 种低，但线性范围大； ➢⑷由于磁阻高，为了达到某一电感量，需要的线 圈匝数多，因而线圈分布电容大； ➢⑸要求线圈框架尺寸和形状必须稳定，否则影响 其线性和稳定性。
个完全相同的电感线圈W1和W2组成，在两个铁芯中间有 一个公用衔铁。衔铁处在中间位置时，δ1=δ2 =δ0，两边气 隙相等，电感量L1=L2=L0，由于采用差动连接方法，传感 器总的电感量为△L= L1—L2=0，所以传感器输出电压(总 的自感电动势)为零，见图（b）。
当衔铁偏离中间位置时，两边气隙的大小改变使δ1 ≠ δ2 ， 若位移使L1线圈的电感从中间位置时的L0增大为 （L0+△L1），L2线圈的电感减小为（L0—△L2）。则总 的电感为 △L=L1－L2=（L0+△L1）－（L0－△L2） =△L1+△L2 若 衔 铁 位 移 很 小 ， 则 △ L1=△L2=△L ， 故 △L≈2△L单。
➢当活动衔铁向上移时，即e1>e2，ey>0; ➢当活动衔铁向下移时，即e1<e2，ey<0。 ➢活动衔铁的位置往复变化，其输出电压也随之变 化，输出特性如上图所示。 值得注意的是： ➢首先，差动变压器式传感器输出的电压是交流量， 如用交流电压表指示，则输出值只能反应铁芯位 移的大小，而不能反应移动的方向；
电感L1、L2随铁芯位移而变化，其输出特性如下图
所示。
差动式自感传感器的优点: ➢由于采用差动式结构，可以改善系统的非线性、 提高灵敏度 ➢对电源电压、电源频率的波动及温度变化等外界 影响也有补偿作用 ➢作用在衔铁上的电磁力，由于是两个线圈磁通产 生的电磁力之差，所以对电磁吸力有一定的补偿 作用，从而提高了测量的准确性。
6.2 互感（差动变压器）式传感器
互感型电感传感器是利用互感的变化来反映被测 量的变化。这种传感器实质上是一个输出电压可 变的变压器。当变压器初级线圈输入稳定交流电 压后，次级线圈便会有感应电压输出，该电压随 被测量的变化而变化。
差动变压器式电感传感器是常用的互感型传感器， 其结构形式有多种，以螺管形应用较为普遍，其 结构及工作原理如下图所示
差动变压器式传感器的原理： ➢传感器主要由线圈、铁芯和活动衔铁三个部分组 成。线圈包括一个初级线圈和两个反接的次级线 圈，当初级线圈输入交流激励电压时，次级线圈 将产生感应电动势e1和e2 ➢由于两个次级线圈极性反接，因此，传感器的输 出电压为两者之差，即ey=e1-e2。活动衔铁能改变 线圈之间的藕合程度。所以输出ey的大小随活动衔 铁的位置而变。 ➢当活动衔铁的位置居中时，即e1=e2，ey=0；
Sd dLW2202A0 可见：灵敏度S与气隙长度的平方成反比，δ愈小， 灵敏度愈高。由于S不是常数，故会出现非线性误 差，为了减小这一误差，通常规定δ在较小的范围
内工作一般取 0.10.。5mm
当气隙的增量 时，灵敏度S趋于定值，即输
出与输入近似成线性关系。在实际应用中，一般
取 /0.1，这种传感器适用于较小位移的测量，
6.1 自感型传感器
自感式电感传感器是一种改变自感系数的传感器。 原理图如下图。它由线圈、铁芯及衔铁组成。在 铁芯和衔铁之间有空气隙δ。（可变磁阻式）
一、工作原理（可变磁阻式）
根据电磁感应定律，当线圈中通以电流i时，产生
磁通，其大小与电流成正比，即：
Wm Li
➢式中，W—线圈匝数; L—线圈电感，单位为亨H