N-3.1 自感式傳感器課件

3.1自感式傳感器3.1.1工作原理3.1.2變氣隙式自感傳感器3.1.3變面積式自感傳感器3.1.4螺線管式自感傳感器3.1.5自感式傳感器測量電路3.1.6自感式傳感器應(yīng)用舉例磁阻、磁導和磁路歐姆定律電流流過導體受到的阻力，稱為電阻。磁通流過導磁體和空氣時，也會受到相應(yīng)的阻力，稱為磁阻。電阻是指電子在流動過程中受到的各種阻力，而磁阻則不是由某種磁的物質(zhì)流動而受到的阻力，而是由于磁性物質(zhì)中原子磁距轉(zhuǎn)動或磁疇壁移動時受到阻力，使物質(zhì)磁化程度降低，相當于磁通量減少，表現(xiàn)出與電阻相似的磁阻的存在。有時為了磁路計算方便，也采用磁導的概念，磁導是磁阻的倒數(shù)，即：G=l/Rm

磁阻的大小與磁路的長度成正比，而與磁路的截面積和磁導率成反比，期間的關(guān)系為：R=l/μS自感式傳感器

先看一個實驗：將一只380V交流接觸器線圈與交流毫安表串聯(lián)后，接到機床用控制變壓器的36V交流電壓源上，如圖所示。這時毫安表的示值約為幾十毫安。用手慢慢將接觸器的活動鐵心（稱為銜鐵）往下按，我們會發(fā)現(xiàn)毫安表的讀數(shù)逐漸減小。當銜鐵與固定鐵心之間的氣隙等于零時，毫安表的讀數(shù)只剩下十幾毫安。

電感傳感器的基本工作原理演示F220V準備工作電感傳感器的基本工作原理演示氣隙變小，電感變大，電流變小F當鐵心的氣隙較大時，磁路的磁阻Rm也較大，線圈的電感量L和感抗XL較小，所以電流I較大。當鐵心閉合時，磁阻變小、電感變大，電流減小。3.1.1工作原理

線圈自感Ψ——線圈總磁鏈,單位：韋伯；I——通過線圈的電流，單位：安培；W——線圈的匝數(shù)；Rm——磁路總磁阻，單位：1/亨。a)氣隙型

b)截面型

c)螺管型自感式傳感器原理圖li——各段導磁體的長度；δ——空氣隙的厚度；μi——各段導磁體的磁導率；μ

0

——真空磁導率Si——各段導磁體的截面積；S——空氣隙截面積變氣隙型傳感器變截面型傳感器線圈中放入圓形銜鐵可變自感螺管型傳感器。3.1自感式傳感器3.1.1工作原理3.1.2變氣隙式自感傳感器3.1.3變面積式自感傳感器3.1.4螺線管式自感傳感器3.1.5自感式傳感器測量電路3.1.6自感式傳感器應(yīng)用舉例3.1.2變氣隙式自感傳感器通常氣隙的磁阻遠大于鐵芯和銜鐵的磁阻

L與δ之間是非線性關(guān)系

當銜鐵處于初始位置時，初始電感量為當銜鐵上移Δδ時，則，代入式（3.1.6）式并整理得上式用泰勒級數(shù)展開成如下的級數(shù)形式

同理，當銜鐵隨被測物體的初始位置向下移動時，有對式（3.1.11）（3.1.13）作線性處理，即忽略高次項后可得靈敏度為變間隙式自感傳感器的測量范圍與靈敏度及線性度是相矛盾的，因此變隙式自感式傳感器適用于測量微小位移場合。為了減小非線形誤差，實際中廣泛采用差動變隙式電感傳感器差動變隙式電感傳感器

1-鐵芯；2-線圈；3-銜鐵當銜鐵向上移動時，兩個線圈的電感變化量ΔL1、ΔL2

對上式進行線性處理，即忽略高次項得

靈敏度k0為（1）差動變間隙式自感傳感器的靈敏度是單線圈式傳感器的兩倍。（2）單線圈是忽略以上高次項，差動式是忽略以上高次項，因此差動式自感式傳感器線性度得到明顯改善。3.1自感式傳感器3.1.1工作原理3.1.2變氣隙式自感傳感器3.1.3變面積式自感傳感器3.1.4螺線管式自感傳感器3.1.5自感式傳感器測量電路3.1.6自感式傳感器應(yīng)用舉例3.1.3變面積式自感傳感器傳感器氣隙長度保持不變，令磁通截面積隨被測非電量而變，設(shè)鐵芯材料和銜鐵材料的磁導率相同，則此變面積自感傳感器自感L為靈敏度變面積式自感傳感器在忽略氣隙磁通邊緣效應(yīng)的條件下，輸入與輸出呈線性關(guān)系；因此可望得到較大的線性范圍。但是與變氣隙式自感傳感器相比，其靈敏度降低。3.1自感式傳感器3.1.1工作原理3.1.2變氣隙式自感傳感器3.1.3變面積式自感傳感器3.1.4螺線管式自感傳感器3.1.5自感式傳感器測量電路3.1.6自感式傳感器應(yīng)用舉例3.1.4螺線管式自感傳感器1-螺線管線圈Ⅰ；2-螺線管線圈Ⅱ；3-骨架；4-活動鐵芯

L10，L20——分別為線圈Ⅰ、Ⅱ的初始電感值；當鐵芯移動（如右移）后，使右邊電感值增加，左邊電感值減小

根據(jù)以上兩式，可以求得每只線圈的靈敏度為兩只線圈的靈敏度大小相等，符號相反，具有差動特征。

式(3.1.21)和式(3.1.24)可簡化為

3.1自感式傳感器3.1.1工作原理3.1.2變氣隙式自感傳感器3.1.3變面積式自感傳感器3.1.4螺線管式自感傳感器3.1.5自感式傳感器測量電路3.1.6自感式傳感器應(yīng)用舉例3.1.5自感式傳感器測量電路1.調(diào)幅電路2.調(diào)頻電路3.調(diào)相電路4.自感傳感器的靈敏度1.調(diào)幅電路

(1)變壓器電路輸出空載電壓初始平衡狀態(tài)，Z1=Z2=Z,u0=0銜鐵偏離中間零點時使用元件少，輸出阻抗小,獲得廣泛應(yīng)用傳感器銜鐵移動方向相反時空載輸出電壓兩種情況的輸出電壓大小相等，方向相反，即相位差180為了判別銜鐵位移方向，就是判別信號的相位要在后續(xù)電路中配置相敏檢波器來解決(2)相敏檢波電路電壓表V輸出下端為正，上端為負。當銜鐵偏離中間位置若：Z2=Z+ΔZ增加，則:Z1=Z-ΔZ減少。當u上為正，下為負時，R2上的壓降大于R1上的壓降；當u上為負，下為正時，R1上壓降則大于R2上的壓降。若：Z2=Z+ΔZ減少，則:Z1=Z-ΔZ增加。當u上為正，下為負時，R1上的壓降大于R2上的壓降；當u上為負，下為正時，R2上壓降則大于R1上的壓降。電壓表V輸出上端為正，下端為負。如圖所示為電路原理，Z1、Z2為傳感器兩線圈的阻抗Z3=Z4構(gòu)成另兩個橋臂，U為供橋電壓，U0為輸出。當銜鐵處于中間位置時，Z1=Z2=Z，電橋平衡，U0=0。若銜鐵上移，Z1↑，Z2↓。如供橋電壓為正半周，即A點電位高于B點電位，二極管D1、D4導通，D2、D3截止，在A-E-C-B支路中C點電位由于Z1增大而降低；在A-F-D-B支路中D點電位由于Z2減小而增高，因此D點電位高于C電位，輸出信號為正如供橋電壓為負半周，即B點電位高于A點電位，二極管導通D2、D3，D1、D4截止，在B-C-F-A支路中C點電位由于Z2減小而比平衡時降低；在B-D-E-A支路中D點電位由于Z1增大而比平衡時增高，因此D點電位高于C電位，輸出信號仍為正同理可以證明，銜鐵下移時輸出信號總為負。于是輸出信號的正負代表了銜鐵位移的方向。非相敏整流和相敏整流電路輸出電壓比較(a)非相敏整流電路；（b）相敏整流電路使用相敏整流，輸出電壓U0不僅能反映銜鐵位移的大小和方向，而且還消除零點殘余電壓的影響，

(3)諧振式調(diào)幅電路電路的靈敏度很高，但是線性差，適用于線性要求不高的場合。2.調(diào)頻電路傳感器自感變化將引起輸出電壓頻率的變化GCLf靈敏度很高，但線性差，適用于線性要求不高的場合Lf03.調(diào)相電路傳感器電感變化將引起輸出電壓相位變化4.自感傳感器的靈敏度

傳感器結(jié)構(gòu)靈敏度轉(zhuǎn)換電路靈敏度總靈敏度第一項決定于傳感器的類型第二項決定于轉(zhuǎn)換電路的形式第三項決定于供電電壓的大小氣隙型、變壓器電橋傳感器傳感器靈敏度的單位為mV/(μm·V)電源電壓為1V，銜鐵偏移1μm時，輸出電壓為若干毫伏3.1自感式傳感器3.1.1工作原理3.1.2變氣隙式自感傳感器3.1.3變面積式自感傳感器3.1.4螺線管式自感傳感器3.1.5自感式傳感器測量電路3.1.6自感式傳感器應(yīng)用舉例3.1.6自感式傳感器應(yīng)用舉例自感式位移傳感器自感式壓力傳感器1.自感式位移傳感器1傳感器引線2鐵心套筒3磁芯4電感線圈5彈簧6防轉(zhuǎn)件7滾珠導軌8測桿9密封件10瑪瑙測端2.自感式壓力傳感器變隙式自感壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖變隙差動式電感壓力傳感器Endthe3.1變氣隙式自感傳感器，當街鐵移動靠近鐵芯時，鐵芯上的線圈電感量（①增加②減?、鄄蛔儯┳兠娣e式自感傳感器，當銜鐵移動使磁路中空氣縫隙的面積增大時，鐵心上線圈的電感量（①增大，②減小，③不變）?？勺兇抛枋絺鞲衅鞯撵`敏度與氣隙的關(guān)系是氣隙越小，靈敏度越（）

高

自感傳感器或差動變壓器采用相敏檢波電路最重要的目的是為了。A、提高靈敏度B、將輸出的交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號C、使檢波后的直流電壓能反映檢波前交流信號的幅度和相位變間隙式自感式電感傳感器的靈敏度為：，由此可得出結(jié)論：（

）該傳感器的靈敏度是非線性的，因此不能使用；該傳感器的靈敏度是線性的，因此可以正常使用；該傳感器的靈敏度是非線性的，但在一定條件下可以使用；該傳感器的靈敏度是線性的，