傳感器應(yīng)用技術(shù) 課件 知識(shí)點(diǎn)：4.1自感式傳感器及應(yīng)用-

傳感器應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目四

基于電感式傳感器接近式開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與制作自感式傳感器及應(yīng)用自感式傳感器電感式傳感器是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的一種裝置。利用電感式傳感器，能對(duì)位移、壓力、振動(dòng)、應(yīng)變、流量等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。電感式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強(qiáng)及測(cè)量精度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在機(jī)電控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。電感式傳感器缺點(diǎn)是響應(yīng)較慢,不宜于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量,而且傳感器的分辨率與測(cè)量范圍有關(guān)，測(cè)量范圍大,分辨率低，反之則高。電感傳感器包括自感式傳感器、互感式傳感器、電渦流式傳感器。自感式傳感器自感式傳感器的工作原理自感式傳感器式將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)變成線圈自感的變化的傳感器。電感傳感器主要由線圈、鐵芯和銜鐵所組成，鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)匝數(shù)為的N線圈中通以電流I時(shí)，就有該電流所產(chǎn)生的磁通量通過(guò)線圈，若通過(guò)每一圈的磁通量都是

，則有式中，L為線圈的自感系數(shù)。自感式傳感器又根據(jù)磁路歐姆定律：自感式傳感器改變?nèi)我庖欢未怕返膸缀螀?shù)或磁導(dǎo)率，均可使線圈自感系數(shù)發(fā)生變化。據(jù)此，自感式傳感器又可進(jìn)一步分為：氣隙厚度可變的變隙式；磁通面積可變的變截面式；以及利用銜鐵在螺管線圈中伸入長(zhǎng)度的變化來(lái)改變線圈自感系數(shù)的螺管式電感傳感器。銜鐵移動(dòng)磁路中氣隙磁阻變化線圈的電感值變化自感式傳感器1.變氣隙式自感傳感器自感式傳感器通常，空氣隙的厚度是比較小的（一般為0.1-1mm），因此可以認(rèn)為氣隙磁場(chǎng)是均勻的，若忽略磁路鐵損，則磁路總磁阻為：變氣隙型電感傳感器結(jié)構(gòu)原理自感式傳感器設(shè)鐵芯和銜鐵的橫截面積相同，且因氣隙較小，可以認(rèn)為氣隙磁路的磁通面積與鐵芯相同（即

）；若鐵芯與銜鐵采用同一種導(dǎo)磁材料（其相對(duì)磁導(dǎo)率為

），且磁路總長(zhǎng)為

，則由式（4-5）可得自感式傳感器對(duì)于變氣隙型結(jié)構(gòu)，其磁通面積為定值，又因線圈匝數(shù)也固定，所以為一常數(shù)。由式（4-7）可以看出，總線圈式變氣隙型電感傳感器的電感與氣隙之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是非線性的，其輸出特性曲線如圖-2所示。圖-2單線圈式變氣隙電感傳感器的輸出特性圖-1變氣隙型電感傳感器結(jié)構(gòu)原理自感式傳感器變氣隙型電感傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，其主要缺點(diǎn)是線性范圍小、自由行程小、制造裝配困難、互換性差，因而限制了它的應(yīng)用。圖4-3差動(dòng)式變氣隙型電感傳感器變截面型電感傳感器是通過(guò)導(dǎo)磁截面積的變化而使電感變化的，其結(jié)構(gòu)也有單線圈式（圖4-4）和差動(dòng)式（圖4-5）兩種形式。自感式傳感器2.變截面型自感傳感器自感式傳感器圖4-5所示的差動(dòng)式變截面型電感傳感器制成圓筒形，鐵芯由上下磁環(huán)1組成，上、下線圈2也制成環(huán)形，磁芯（銜鐵）3插入其中。上、下線圈通電時(shí)在中段氣隙部分產(chǎn)生的磁通，由于方向相反而基本抵消。若忽略導(dǎo)體部分的磁阻，則線圈電感為自感式傳感器式（4-14）表明，這類(lèi)傳感器輸入量

與輸出量

之間是有良好的線性關(guān)系。因此變截面型電感傳感器由于具有較好的線性，因而測(cè)量范圍可取大些；其自由行程可按需要安排，制造裝配方便；其缺點(diǎn)是靈敏度較低。螺管型電感傳感器的結(jié)構(gòu)形式也可以分為單線圈式和差動(dòng)式，圖4-6為這兩種形式的結(jié)構(gòu)示意圖。自感式傳感器3.螺管型自感傳感器自感式傳感器自感式傳感器的應(yīng)用

在機(jī)床行業(yè)，自感式傳感器得到廣泛的應(yīng)用。常用于位移，尺寸，壓力力矩的測(cè)量，在計(jì)數(shù)，應(yīng)變，流量，比重，金屬定位以及無(wú)損探傷上也有很多應(yīng)用。自感式傳感器

自感式傳感器