檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)：第4章5電感式傳感器

1、 4.3 電感式傳感器原理：利用磁路磁阻變化，引起傳感器線圈的電感變化來(lái)檢測(cè)非電量的一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。 電感式傳感器磁路磁阻 被測(cè)非電量自感系數(shù)L互感系數(shù)M測(cè)量電路 U、I、f自感式傳感器互感式傳感器壓磁式傳感器（略）電渦流式傳感器 4.3.1 自感式傳感器1 、變氣隙式自感傳感器總磁阻線圈匝數(shù)兩式聯(lián)立得:線圈鐵芯銜鐵圖4-3-1 磁阻式傳感器I為線圈中所通交流電流的有效值。 鐵心工作在非飽和狀態(tài)時(shí)：U0為空氣導(dǎo)磁率，A0為空氣隙的截面積，如果A0保持不變，則L為氣隙的單值函數(shù)，構(gòu)成變氣隙式自感傳感器(非線性,成反比)若保持不變，使A0隨被測(cè)量（如位移）變化，則構(gòu)成變截面式自感傳感器，（線性好

2、） 變氣隙式自感傳感器銜鐵線圈鐵芯為保證一定的測(cè)量范圍和線性度，常取0=(0.10.5)mm,且=(1/51/10)0L= f ()L變氣隙式自感傳感器特性 2、差動(dòng)式變氣隙型自感傳感器 在實(shí)際使用中，常采用兩個(gè)相同的傳感線圈共用一個(gè)銜鐵，構(gòu)成差動(dòng)式自感傳感器，兩個(gè)線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸要求完全相同。這種結(jié)構(gòu)除了可以改善線性、提高靈敏度外，對(duì)溫度變化、電源頻率變化等的影響也可以進(jìn)行補(bǔ)償，從而減少了外界影響造成的誤差。 3、變氣隙型差動(dòng)式自感傳感器 變面積型自感傳感器只改變氣隙截面積，并不改變鐵芯截面積。變面積型差動(dòng)式自感傳感器三.螺管型自感傳感器 x是銜鐵插入線圈中的長(zhǎng)度，自感變化量與銜鐵位

3、移成正比。變氣隙式、變面積式和螺管式自感傳感器的比較 (P67)四、等效電路分析更換電纜后需重新校準(zhǔn)或采用并聯(lián)電容加以調(diào)整電源：應(yīng)選使線圈電感品質(zhì)因數(shù)最高的激勵(lì)頻率。五、接口電路變壓器電橋適用：差動(dòng)式自感傳感器圖3-1-6(P37)差動(dòng)電感脈沖調(diào)寬電路適用：差動(dòng)式自感傳感器 (P41)3、3 阻抗頻率轉(zhuǎn)換器1、調(diào)頻法原理：把R、L、C傳感器接入振蕩電路，使振蕩頻率隨R、L、C變化。適用：?jiǎn)我皇诫姼袀鞲衅鞴ぷ髟恚侯愃朴谧儔浩?。主要包括有銜鐵、初級(jí)繞組、次級(jí)繞組。初、次級(jí)繞組的耦合程度隨銜鐵的移動(dòng)而變化，即繞組間的互感隨被測(cè)位移的改變而變化，從而引起輸出電壓的變化。初級(jí)線圈作為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，

4、相當(dāng)于變壓器的原邊，而次級(jí)線圈由結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的兩個(gè)線圈反相串接而成，且以差動(dòng)方式輸出，相當(dāng)于變壓器的副邊。所以又把這種傳感器稱為差動(dòng)變壓器式電感傳感器。 12341 初級(jí)線圈;2.3次級(jí)線圈;4銜鐵4、3、2 互感式傳感器（差動(dòng)變壓器） 在理想情況下(忽略線圈寄生電容及銜鐵損耗)，差動(dòng)變壓器的等效電路如圖。 e1初級(jí)線圈激勵(lì)電壓I1初級(jí)線圈電流M1,M2分別為初級(jí)與次級(jí)線圈1,2間的互感u2R21R22e21e22e1R1M1M2L21L22L1I1在次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓e21和e22因此空載輸出電壓當(dāng)M1=M2時(shí),輸出u2=e21-e22=0當(dāng)M1不等于M2時(shí),輸出u2=e21-e22

5、不等于0互感系數(shù)隨銜鐵的位移而變化，所以，輸出電壓隨銜鐵的位移而變化,實(shí)現(xiàn)位移的測(cè)量。變氣隙式可測(cè)量幾微米幾百微米位移，變面積式可測(cè)量零點(diǎn)幾秒的很小角位移。螺管型可測(cè)量幾毫米1米的位移。目前多采用螺管型差動(dòng)變壓器。互感傳感器分類激勵(lì)交流信號(hào)頻率互感傳感器的靈敏度與激勵(lì)頻率關(guān)系如圖：互感傳感器在激勵(lì)頻率較低時(shí)，靈敏度受Q值影響，靈敏度隨頻率增加而增加；在激勵(lì)頻率很高時(shí)，由于導(dǎo)線趨膚效應(yīng)和鐵損影響，靈敏度下降。根據(jù)鐵心材料，選擇合適的激勵(lì)信號(hào)頻率，使傳感器的靈敏度穩(wěn)定。三測(cè)量電路差動(dòng)變壓器的測(cè)量電路一般采用反串電路和橋路兩種：差動(dòng)整流電路差動(dòng)變壓器輸出的電壓是調(diào)幅波，為了判別銜鐵的移動(dòng)方向，需要進(jìn)

6、行解調(diào)。常用差動(dòng)相敏檢波電路和差動(dòng)整流電路。（a,b）圖適合低阻負(fù)載場(chǎng)合，Iab= I1-I2 ，當(dāng)銜鐵位于零位以上時(shí)，I1I2,故Iab0,當(dāng)銜鐵位于零位以下時(shí)，I1I2,故IabUbc,故Uab0,當(dāng)銜鐵位于零位以下時(shí)，UacUbc,故Uab0。當(dāng)銜鐵位于零位（中間），輸出電流、電壓都等于0 。直流供電測(cè)量電路用途：便攜式位移測(cè)量?jī)x。 差動(dòng)變壓器式傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量力小分辨力高機(jī)械位移0.01m，輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度可達(dá)數(shù)百mV/mm 。重復(fù)性好，線性度優(yōu)良, 范圍寬.在幾十m到幾百mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線性度較好，且比較穩(wěn)定。能實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸、和控制。4.4 電感式傳感器的應(yīng)用圖4-25 加速度傳感器1 懸臂梁；