3電感式傳感器課件

第4章電感式傳感器原理：利用磁路磁阻變化，引起傳感器線圈的電感（自感或互感）的變化。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠輸出功率大輸出阻抗小抗干擾能力強(qiáng)對(duì)工作環(huán)境要求不高分辨力較高穩(wěn)定性好缺點(diǎn)頻率響應(yīng)低不宜于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量11/21/20221第4章電感式傳感器原理：利用磁路磁阻變化，引起傳感器分類：按磁路幾何參數(shù)變化

變氣隙式、變面積式、螺管式按線圈組成方式

單一式，差動(dòng)式電感式傳感器種類自感式傳感器互感式傳感器電渦流式傳感器11/21/20222分類：按磁路幾何參數(shù)變化電感式自感式傳感器互感式傳感器電渦流4.1自感式傳感器（變磁阻式傳感器）1、變氣隙式自感傳感器單一式圖11—線圈，2—鐵心，3—銜鐵線圈自感：其中：W——線圈的匝數(shù)，Rmi——I段的磁阻RM——磁路總磁阻第i段磁路的平均長(zhǎng)度第i段磁路的橫截面積第i段磁路的導(dǎo)磁率又11/21/202234.1自感式傳感器（變磁阻式傳感器）1、變氣隙式自感傳感當(dāng)時(shí)所以：：氣隙的厚度：磁路導(dǎo)磁率：磁路相對(duì)導(dǎo)磁率d其中：對(duì)于圖1的磁阻11/21/20224當(dāng)時(shí)所以：：氣隙的厚度d其中：對(duì)于圖1的磁阻11/21/20一般情況下：∴要改變Lδ氣隙厚度

S0

氣隙截面積

氣隙導(dǎo)磁率在中11/21/20225一般情況下：∴要改變Lδ氣隙厚度在中11/21/2（i）當(dāng)銜鐵下移：<<D1dd-=0LLLD0ddD=L0當(dāng)單一變氣隙式自感傳感器輸出特性11/21/20226（i）當(dāng)銜鐵下移：<<D1dd-=0LLLD0ddD=L0當(dāng)01dd=D=DL0Lk（ii）當(dāng)銜鐵上移0dddD-=010d-=dDLL∴同理靈敏度：11/21/2022701dd=D=DL0Lk（ii）當(dāng)銜鐵上移0dddD-=01靈敏度：L0L0+ΔLL0-ΔLδ0δ0+Δδ

δ0-ΔδLδ11/21/20228靈敏度：L0L0+ΔLL0-ΔLδ0δ0+Δδ

由此可見(jiàn),變間隙式電感傳感器的測(cè)量范圍與靈敏度及線性度相矛盾,所以變隙式電感傳感器用于測(cè)量微小位移時(shí)是比較精確的。為了減小非線性誤差,實(shí)際測(cè)量中廣泛采用差動(dòng)變隙式電感傳感器。11/21/20229由此可見(jiàn),變間隙式電感傳感器的測(cè)量范圍與靈靈敏度：差動(dòng)式傳感器結(jié)構(gòu)圖L1L2結(jié)論:①差動(dòng)式比單線圈式的靈敏度高一倍。②差動(dòng)式的非線性項(xiàng)等于單線圈非線性項(xiàng)乘以（Δδ/δ0）因子,線性度得到明顯改善。

差動(dòng)變氣隙式自感傳感器輸出特性11/21/202210靈敏度：差動(dòng)式傳感器結(jié)構(gòu)圖L1L2結(jié)論:差動(dòng)2、變面積型自感傳感器(了解）單一式D±=AAA0D±=NAAL2)(200dmD±=AAL10=NAL02200dm忽略RF初始電感：圖3單一式變面積型12δaΔ311/21/2022112、變面積型自感傳感器(了解）單一式D±=AAA0D±=N差動(dòng)式圖4差動(dòng)式變截面積型11/21/202212差動(dòng)式圖4差動(dòng)式變截面積型11/21/202212例題分析已知變氣隙電感傳感器的鐵心截面積A=1.5cm2，磁路長(zhǎng)度L=20cm，相對(duì)磁導(dǎo)率μ1=5000，氣隙δ0=0.5cm，Δδ=±0.1mm，真空磁導(dǎo)率μ0=4π×10-7H/m，線圈匝數(shù)w=3000，單端式傳感器的靈敏度ΔL/Δδ，若做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，其靈敏度將如何變化？11/21/202213例題分析已知變氣隙電感傳感器的鐵心截面積A=1.5cm2，磁

測(cè)量電路

電感式傳感器的測(cè)量電路有:交流電橋式、交流變壓器式諧振式11/21/202214測(cè)量電路11/21/202214

1.交流電橋式測(cè)量電路

圖所示為交流電橋測(cè)量電路,把傳感器的兩個(gè)線圈作為電橋的兩個(gè)橋臂Z1和Z2,另外二個(gè)相鄰的橋臂用純電阻代替。11/21/2022151.交流電橋式測(cè)量電路11/21/2022

1.交流電橋式測(cè)量電路對(duì)于高Q值（Q=ωL/R）的差動(dòng)式電感傳感器,其輸出電壓將ΔL/L0（Δδ/δ0）代入得出：

電橋輸出電壓與Δδ有成正比。11/21/2022161.交流電橋式測(cè)量電路將ΔL/L0（Δδ/4.2互感式傳感器（差動(dòng)變壓式） 被測(cè)量使銜鐵移動(dòng)，引起初次級(jí)線圈間的互感變化，形成輸出電壓的變化。M1M211/21/2022174.2互感式傳感器（差動(dòng)變壓式） 被測(cè)量使銜鐵移動(dòng)，引起11LjrUIw+=&&111、工作原理傳感器的輸出電壓傳感器的輸出阻抗M1M211/21/20221811LjrUIw+=&&111、工作原理傳感器的傳感器的M1①當(dāng)銜鐵處中間位置②當(dāng)銜鐵偏離中間位置（上移）11/21/202219①當(dāng)銜鐵處中間位置②當(dāng)銜鐵偏離中間位置（上移）11/21/2實(shí)際特性曲線理論特性曲線ΔU0零點(diǎn)殘余電壓11/21/202220實(shí)際特性曲線理論特性曲線ΔU0零點(diǎn)殘余電壓11/21/2022、測(cè)量電路：差動(dòng)變壓器輸出的是交流電壓,若用交流電壓表測(cè)量,只能反映銜鐵位移的大小,而不能反映移動(dòng)方向。其測(cè)量值中將包含零點(diǎn)殘余電壓。為了達(dá)到能辨別移動(dòng)方向及消除零點(diǎn)殘余電壓的目的,實(shí)際測(cè)量時(shí),常常采用差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路。11/21/2022212、測(cè)量電路：差動(dòng)變壓器輸出的是交流電壓,若用交流電壓表測(cè)第4章電感式傳感器原理：利用磁路磁阻變化，引起傳感器線圈的電感（自感或互感）的變化。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠輸出功率大輸出阻抗小抗干擾能力強(qiáng)對(duì)工作環(huán)境要求不高分辨力較高穩(wěn)定性好缺點(diǎn)頻率響應(yīng)低不宜于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量11/21/202222第4章電感式傳感器原理：利用磁路磁阻變化，引起傳感器分類：按磁路幾何參數(shù)變化

變氣隙式、變面積式、螺管式按線圈組成方式

單一式，差動(dòng)式電感式傳感器種類自感式傳感器互感式傳感器電渦流式傳感器11/21/202223分類：按磁路幾何參數(shù)變化電感式自感式傳感器互感式傳感器電渦流4.1自感式傳感器（變磁阻式傳感器）1、變氣隙式自感傳感器單一式圖11—線圈，2—鐵心，3—銜鐵線圈自感：其中：W——線圈的匝數(shù)，Rmi——I段的磁阻RM——磁路總磁阻第i段磁路的平均長(zhǎng)度第i段磁路的橫截面積第i段磁路的導(dǎo)磁率又11/21/2022244.1自感式傳感器（變磁阻式傳感器）1、變氣隙式自感傳感當(dāng)時(shí)所以：：氣隙的厚度：磁路導(dǎo)磁率：磁路相對(duì)導(dǎo)磁率d其中：對(duì)于圖1的磁阻11/21/202225當(dāng)時(shí)所以：：氣隙的厚度d其中：對(duì)于圖1的磁阻11/21/20一般情況下：∴要改變Lδ氣隙厚度

S0

氣隙截面積

氣隙導(dǎo)磁率在中11/21/202226一般情況下：∴要改變Lδ氣隙厚度在中11/21/2（i）當(dāng)銜鐵下移：<<D1dd-=0LLLD0ddD=L0當(dāng)單一變氣隙式自感傳感器輸出特性11/21/202227（i）當(dāng)銜鐵下移：<<D1dd-=0LLLD0ddD=L0當(dāng)01dd=D=DL0Lk（ii）當(dāng)銜鐵上移0dddD-=010d-=dDLL∴同理靈敏度：11/21/20222801dd=D=DL0Lk（ii）當(dāng)銜鐵上移0dddD-=01靈敏度：L0L0+ΔLL0-ΔLδ0δ0+Δδ

δ0-ΔδLδ11/21/202229靈敏度：L0L0+ΔLL0-ΔLδ0δ0+Δδ

由此可見(jiàn),變間隙式電感傳感器的測(cè)量范圍與靈敏度及線性度相矛盾,所以變隙式電感傳感器用于測(cè)量微小位移時(shí)是比較精確的。為了減小非線性誤差,實(shí)際測(cè)量中廣泛采用差動(dòng)變隙式電感傳感器。11/21/202230由此可見(jiàn),變間隙式電感傳感器的測(cè)量范圍與靈靈敏度：差動(dòng)式傳感器結(jié)構(gòu)圖L1L2結(jié)論:①差動(dòng)式比單線圈式的靈敏度高一倍。②差動(dòng)式的非線性項(xiàng)等于單線圈非線性項(xiàng)乘以（Δδ/δ0）因子,線性度得到明顯改善。

差動(dòng)變氣隙式自感傳感器輸出特性11/21/202231靈敏度：差動(dòng)式傳感器結(jié)構(gòu)圖L1L2結(jié)論:差動(dòng)2、變面積型自感傳感器(了解）單一式D±=AAA0D±=NAAL2)(200dmD±=AAL10=NAL02200dm忽略RF初始電感：圖3單一式變面積型12δaΔ311/21/2022322、變面積型自感傳感器(了解）單一式D±=AAA0D±=N差動(dòng)式圖4差動(dòng)式變截面積型11/21/202233差動(dòng)式圖4差動(dòng)式變截面積型11/21/202212例題分析已知變氣隙電感傳感器的鐵心截面積A=1.5cm2，磁路長(zhǎng)度L=20cm，相對(duì)磁導(dǎo)率μ1=5000，氣隙δ0=0.5cm，Δδ=±0.1mm，真空磁導(dǎo)率μ0=4π×10-7H/m，線圈匝數(shù)w=3000，單端式傳感器的靈敏度ΔL/Δδ，若做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，其靈敏度將如何變化？11/21/202234例題分析已知變氣隙電感傳感器的鐵心截面積A=1.5cm2，磁

測(cè)量電路

電感式傳感器的測(cè)量電路有:交流電橋式、交流變壓器式諧振式11/21/202235測(cè)量電路11/21/202214

1.交流電橋式測(cè)量電路

圖所示為交流電橋測(cè)量電路,把傳感器的兩個(gè)線圈作為電橋的兩個(gè)橋臂Z1和Z2,另外二個(gè)相鄰的橋臂用純電阻代替。11/21/2022361.交流電橋式測(cè)量電路11/21/2022

1.交流電橋式測(cè)量電路對(duì)于高Q值（Q=ωL/R）的差動(dòng)式電感傳感器,其輸出電壓將ΔL/L0（Δδ/δ0）代入得出：

電橋輸出電壓與Δδ有成正比。11/21/2022371.交流電橋式測(cè)量電路將ΔL/L0（Δδ/4.2互感式傳感器（差動(dòng)變壓式） 被測(cè)量使銜鐵移動(dòng)，引起初次級(jí)線圈間的互感變化，形成輸出電壓的變化。M1M211/21/2022384.2互感式傳感器（差動(dòng)變壓式） 被測(cè)量使銜鐵移動(dòng)，引起11LjrUIw+=&&111、工作原理傳感器的輸出電壓傳感器的輸出阻抗M1M211/21/20223911LjrUIw+=&&111、工作原理傳感器的傳感器的M1①當(dāng)銜鐵處中間位置②當(dāng)銜鐵偏離中間位置（上移）11/21/202240①當(dāng)銜鐵處中間位置②當(dāng)銜鐵