自感傳感器的原理及結(jié)構(gòu)

1、自感傳感器的原理及結(jié)構(gòu)、自感傳感器的基本概念自感傳感器是利用自感量隨氣隙而改變的原理利成的，用來(lái)測(cè)量位移。較實(shí)用的自感傳 cjmc%ddz感器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所爾。它主要由線圈、鐵芯、銜鐵及測(cè)桿（或轉(zhuǎn)鈾）等組成。自感傳感器常見(jiàn)的形式荷變隙式、變截面式、螺管式莉磋動(dòng)式4種空隙式（一）自感傳感器的工作原理在圖41（a）、（b）所示的自感傳感器原理圖中，盡管在鐵芯和銜鐵問(wèn)有一個(gè)空氣 氣隙，但由于其值不大，TL!里!所以傲路（圖小點(diǎn)劃線表不隘路）足封閉的。根據(jù)磁路的基本知 識(shí)，線圈自感可以按下式計(jì)算，即Re式中，計(jì)一一線圈匝數(shù)；Rm一一磁路總磁阻，單位為 H '對(duì)圖W言，因?yàn)闅庀逗穸?fR4

2、、，可以認(rèn)為氣隙磁場(chǎng)足均勻的，若忽略磁路中 鐵損耗，則總26磁阻為式中各段導(dǎo)磁體的長(zhǎng)度*單位為m； 療一各段導(dǎo)磁體的磁導(dǎo)率，單位為H/m;At- 各段導(dǎo)磁體的截面積，單位為: g空氣氣隙的厚度,單位為m； 內(nèi)真空磁導(dǎo)率，網(wǎng)=471%10一41/01： A"空氣氣隙有效截面積,單位為式(4 - 1)、式(4 - 2)合并可得:,ML =-(V _ + 2>會(huì)以A uoA當(dāng)鐵；3的結(jié)構(gòu)與材料確定后，式(43)分母的第一狽為常數(shù)，此時(shí)月您L足氣隕厚度6和氣隙有效截面積4的函數(shù)，即L= /(5tA)。若保持A不變，則L為6的單值函數(shù), 可構(gòu)成變氣隙式自感傳感器；若保持 o不變，使A隨位

3、移而變化，則uf形成變截面式自感傳感 器。它們分別如圖41(a)、(b)所示。如圖1(c)所示，線圈中故人的圓柱形銜鐵，也是一個(gè)可變自感，使銜鐵做k自感量將相應(yīng)變化，這就構(gòu)成螺管式白感傳感器。(二)變隙式自感傳感器如圖1所示，傳感器工作時(shí)銜鐵與被測(cè)體連接。當(dāng)被測(cè)體按如圖的方向產(chǎn)生iAj的位移時(shí)，銜鐵與其同步移動(dòng)，引起磁路中氣隙的磁阻發(fā)生相應(yīng)的變化，從而引起線 圈的 電感受 http:/www.abc-(即被測(cè)體)位移量的大小和方向化。因此，只要測(cè)出自感旦的變化，就能確定銜鐵 這就是閉合磁路變隙式自感傳感器的工作原理。由于氣隙的磁阻遠(yuǎn)大于鐵心和銜鐵的磁阻，從而在定量計(jì)算時(shí)可忽略掉鐵芯和銜 鐵的磁

4、KK. RI因此，自感線圈的電感量為特性曲線如圖42(a)所示，輸入、輸出成非線性關(guān)系。靈敏度XI為2A, A特性曲線在式(4 5)中，K1與6有關(guān)，因而X1表示一常數(shù)，6越小，靈敏度K1越高。 為了保讓一定的線性度，變隙式白感傳感器僅能工作在很小一段的區(qū)域，因而只能用于微小位 移的測(cè)量。三)變截面式自感傳感器網(wǎng)1(b)所示為變截面式自感傳感器結(jié)構(gòu)圖。在式 (4 5)中，同樣N確定后，若保 持氣 隙厚度6為常值0。，則TI代理商L=廣(A),它的待性曲線如圖 2(b)所不。理想狀態(tài) 下輸入、輸出成線性關(guān)系。仍由于漏感等原因，它的特性曲線并非是線性的，而且它的線性區(qū)較小， 靈敏度低。="

5、;4上 dA2金靈敏度x 2為（四螺管式自感傳感器單線圈螺管式自感傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 41（c）所不。螺管式自感傳感器的工作原 理是：當(dāng)以線閣磁力線泄露路徑上的磁阻變化為基礎(chǔ)測(cè)量時(shí)7h于銜鐵隨被測(cè)體移動(dòng)，導(dǎo)致線圈電感量變化，即線圈的電感量與銜鐵插入的深度zl有關(guān)。對(duì)丁長(zhǎng)螺線管（Lr）,當(dāng)銜鐵工作在螺線管的中部時(shí)，可認(rèn)為線圈內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度是 均勻的。此時(shí)線圈電感量L與銜鐵插入深度j1大致成正比。)J這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，但靈敏度稍低，且銜鐵在螺線管的中間時(shí)、 有可能成線性關(guān)系。此傳感器適合在位 ATMEL移較大的場(chǎng)合測(cè)量。（五）差動(dòng)式自感傳感器使用自感傳感器時(shí)，當(dāng)勵(lì)磁線圈通以交流電流時(shí)。銜鐵始

6、終承受電磁吸力，會(huì)引起振動(dòng)及附加誤差，而且非線性誤差較大；向時(shí)外界的干擾，如電源電壓頻率的變化、溫度 的變化都使輸出產(chǎn)生誤差。出此，在實(shí)物；工作中常采用差動(dòng)形式，既可以提高傳感器的靈敏度， 又可以減小誤差、.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)差動(dòng)式自感傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 4-3所承。兩個(gè)完全相同、單個(gè)線圈的自感傳感 器共用一根活動(dòng)銜鐵就構(gòu)成了差動(dòng)式白感傳感器。羌動(dòng)式自感傳感器的結(jié)構(gòu)要求是兩個(gè)導(dǎo)磁體的幾何尺寸完全祁同，材料性能完全相同；兩個(gè)線圈的電氣參數(shù)（如電感、ATMEL代理商隨數(shù)、直流電阻、分布電彈等）和幾何尺寸 也完全相同。2 .工作原理和特性在公隙式差動(dòng)傳感器小。隨被測(cè)量移動(dòng)們偏離Lf,火價(jià)置時(shí)，兩個(gè)線圈的電感量一個(gè)減小，形成差動(dòng)形式。間變隙式差動(dòng)傳想器網(wǎng)螺管式差動(dòng)傳感器差動(dòng)式與單線圈自感傳感器分線性比較。從閣44可以看出.差動(dòng)式自感傳感器的線性較好，rl輸出http:www.ebv.hk曲線