第三章第三節(jié)電感式傳感器

第三節(jié)電感式傳感器1、電感式傳感器

利用電磁感應(yīng)原理將被測非電量（如位移、壓力、流量、振動(dòng)等）轉(zhuǎn)換成線圈自感量L或互感量M的變化,再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出,這種裝置稱為電感式傳感器。2、主要優(yōu)缺點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)是具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，測量精度高，零點(diǎn)穩(wěn)定，輸出功率較大等一系列優(yōu)點(diǎn)；

其主要缺點(diǎn)是靈敏度、線性度和測量范圍相互制約,傳感器自身頻率響應(yīng)低，不適用于快速動(dòng)態(tài)測量。3、適用條件

這種傳感器能實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制,在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中被廣泛采用。

4、分類電感式傳感器種類很多,本節(jié)主要介紹自感式（單磁路電感式）和互感式（差動(dòng)變壓器式）兩種傳感器。一、單磁路電感傳感器

1、工作原理

它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。在鐵芯和銜鐵之間有氣隙,氣隙厚度為δ,傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí),氣隙厚度δ發(fā)生改變,引起磁路中磁阻變化,從而導(dǎo)致電感線圈的電感值變化,因此只要能測出這種電感量的變化,就能確定銜鐵位移量的大小和方向。圖3-1單磁路電感傳感器1—線圈；2—鐵芯（定鐵芯）；3—銜鐵（動(dòng)鐵芯）F220V實(shí)驗(yàn)：氣隙變小，電感變大，電流變小F2、理論分析根據(jù)電感定義,線圈中電感量可由下式確定：式中W——線圈的匝數(shù)；

Rm——磁路的總磁阻（1/亨）；

Rm0、Rm1、Rm2——分別是空氣隙、鐵芯和銜鐵的磁阻。（3-1）由于鐵芯和銜鐵的導(dǎo)磁系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣隙的導(dǎo)磁系數(shù)，所以，鐵芯和銜鐵的磁阻Rm1和Rm2可略去不計(jì)，故有（3-2）其中式中——空氣隙有效導(dǎo)磁截面積，

——空氣的導(dǎo)磁系數(shù)

——空氣隙的磁路長度，式（3-2）表明，電感量與線圈匝數(shù)的平方成正比，與空氣隙有效導(dǎo)磁截面積成正比，與空氣隙的磁路長度成反比，因此，改變空氣隙長度和空氣隙截面積都能使電感量變化，從而可形成三種類型的單磁路電感傳感器：（1）改變氣隙厚度式（2）改變通磁氣隙面積式（3）螺旋管式（可動(dòng)鐵芯式）：其實(shí)質(zhì)是改變鐵芯上的有效線圈數(shù)。二、差動(dòng)變壓器式電感傳感器

將被測量的非電量轉(zhuǎn)換為互感變化量的傳感器稱為互感式傳感器。這種互感傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級(jí)繞組都用差動(dòng)形式連接，故稱差動(dòng)變壓器式傳感器，簡稱差動(dòng)變壓器。

在這種傳感器中，一般將被測量的變化轉(zhuǎn)換為變壓器的互感變化，變壓器初級(jí)線圈輸入交流電壓，次級(jí)線圈則互感應(yīng)出電動(dòng)勢。

圖3-2差動(dòng)變壓器原理圖

1—初級(jí)線圈；21，22—次級(jí)兩差動(dòng)線圈；

3—線圈絕緣框架；4—活動(dòng)銜鐵1、工作原理當(dāng)一次線圈加以適當(dāng)頻率的電壓激勵(lì)時(shí)，根據(jù)變壓器的作用原理，在兩個(gè)二次線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，如果工藝上保證變壓器結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，則當(dāng)活動(dòng)銜鐵處于初始平衡位置時(shí)，必然會(huì)使兩次級(jí)線圈的互感系數(shù)M1=M2。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將有E21

=E22，則U2

=E21

?E22

=0，即差動(dòng)變壓器輸出電壓為0。當(dāng)鐵芯向右移動(dòng)時(shí)，在右邊二次線圈內(nèi)穿過的磁通比左邊二次線圈多些，所以互感也大些，感應(yīng)電動(dòng)勢E21增加；另一個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢E22隨鐵芯向右偏離中心位置而逐漸減小；反之，鐵芯向左移動(dòng)時(shí)，E21減小，E22增加。兩個(gè)二次線圈的輸出電壓分別為U21和U22(空載時(shí)即為感應(yīng)電動(dòng)勢E21，E22)，如果將二次線圈反向串聯(lián)，則傳感器的輸出電壓U2

=U21

?U22。當(dāng)鐵芯移動(dòng)時(shí)，U2就隨著鐵芯位移x成線性增加，如果以適當(dāng)方法測量U2，就可以得到與x成正比的線性讀數(shù)。2、差動(dòng)變壓器式傳感器優(yōu)點(diǎn)（1）線性范圍大（2）測量精度高（3）穩(wěn)定性好（4）使用方便3、適用條件廣泛應(yīng)用于直線位移測量中，也可通過彈性元件把壓力、重量等參數(shù)轉(zhuǎn)換成位移的變化再進(jìn)行測量。4、差動(dòng)變壓器式傳感器的應(yīng)用差動(dòng)變壓器式傳感器可以直接用于位移測量,也可以測量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量,如振動(dòng)、加速度、應(yīng)變、比重、張力和厚度等。圖3-3所示為差動(dòng)變壓器式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。它由懸臂梁1