第四章、电感式传感器

1、电感式传感器的感测量：电感式传感器的感测量： 位移、振动、压力、应变、流量、比重等。电感式传感器的种类：电感式传感器的种类： 根据转换原理：自感式、互感式、电涡流式 根据结构形式：气隙型、面积型和螺管型。第第4章章 电感式传感器电感式传感器 结构简单、可靠 分辨率高机械位移0.1m，甚至更小；角位移0.1角秒。 输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm 。 重复性好，线性度优良在几十m到数百mm的位移范围内，输出特性的线性度较好，且比较稳定。 能实现远距离传输、记录、显示和控制存在交流零位信号，不宜高频动态测量。电感式传感器的特点电感式传感器的特点第第4章章 电感式传感器电感式传感器 4.1

2、变磁阻式电感传感器变磁阻式电感传感器4.2 差动变压器式电感传感器差动变压器式电感传感器4.3 电涡流式传感器电涡流式传感器4.4 电感式传感器的应用电感式传感器的应用4.1.1 变磁阻式传感器工作原理变磁阻式传感器工作原理4.1.2 变磁阻式传感器基本类型变磁阻式传感器基本类型4.1.3 变截面式自感传感器输出特性变截面式自感传感器输出特性4.1.4 变间隙式自感传感器输出特性变间隙式自感传感器输出特性4.1.5 差动式自感传感器差动式自感传感器4.1.6 自感式传感器的等效电路自感式传感器的等效电路4.1.7 自感式传感器的测量电路自感式传感器的测量电路4.1.8 零点残余电压零点残余电压

3、4.1 变磁阻式电感传感器变磁阻式电感传感器4.1.1、变磁阻式传感器工作原理、变磁阻式传感器工作原理 变磁阻式变磁阻式传感器是利用线圈自感量的变化来实现测量的。又称为自感式电感自感式电感。 铁芯和衔铁由导磁材料做成，传感器的运动部分与衔铁相连。被测量变化时，衔铁产生位移，磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感量变化。 只要能测出电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。由电感的定义由磁路欧姆定律u 气隙截面积 S0 保持不变，则 L 为的单值函数，构成变气隙厚度式自感传感器。u 保持气隙间距不变，则 L 为 S0 的单值函数，构成变气隙面积式自感传感器。 上式表明，当线圈匝数为常数时，电

4、感 L 仅仅是和 S0 的函数。目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器。 4.1.2 变磁阻式传感器基本类型变磁阻式传感器基本类型变磁阻式传感器即自感式电感传感器的基本类型：（1）变气隙厚度式）变气隙厚度式（2）变气隙面积式）变气隙面积式（3）螺管式）螺管式4.1.3 变截面式自感传感器输出特性变截面式自感传感器输出特性L与S 成线性关系。当传感器截面增加S时，则输出电感为K0 与 S0 的成反比关系。输出电感灵敏度输出电感灵敏度:4.1.4 变间隙式自感传感器输出特性变间隙式自感传感器输出特性气隙厚度0时自感系数当衔铁上移时，当衔铁上移时，同理，当衔铁向下移动时，有 忽略高次项近似线性处理

5、根据电感变化既可确定衔铁位移量的大小又可确定方向为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器。 变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变间隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。动态测量范围：0.001 1mm。电感灵敏度：4.1.5 差动式自感传感器差动式自感传感器 在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁，构成差动式自感传感器。差动结构的特点：（1）改善线性、提高灵敏度外；（2）补偿温度变化、电源频率变化等的影响，从而减少了外界影响造成的误差。4.1.6 自感式传感器的等效电路自感式传感器的等效电路 从电路角度看，电感式传感器的线圈并非是纯电感，

6、该电感由有功分量和无功分量两部分组成。有功分量包括： 线圈线绕电阻和涡流损耗电阻及磁滞损耗电阻，这些都可折合成为有功电阻，其总电阻可用R来表示；无功分量包含： 线圈的自感L, 绕线间分布电容，为简便起见可视为集中参数，用C来表示。电感式传感器的等效电路电感式传感器的等效电路4.1.7 自感式传感器的测量电路自感式传感器的测量电路4.1.7 自感式传感器的测量电路自感式传感器的测量电路电感式传感器的测量电路： 交流电桥、变压器式交流电桥以及谐振式等。1、交流电桥式测量电路、交流电桥式测量电路差动式电感传感器的两线圈Z1和Z2，另两个桥臂为纯电阻R。设Z是衔铁在中间位置时线圈的复阻抗，则 Z1=Z

7、+Z1 Z2=Z-Z2设：高品质因数Q=L/R的电感式传感器 电桥输出电压大小与衔铁位移量有关，相位与衔铁移动方向有关。U0L/mH/mmL043211234-曲线1、2为两线圈各自电感特性；曲线3为两线圈差接时的电感特性；曲线4为差接后电桥输出电压与衔铁 位移的特性曲线。2、变压器式交流电桥、变压器式交流电桥 当衔铁上下移动相同距离时，电桥输出电压大小相等而相位相反。要判断衔铁方向需要经过相敏检波电路的处理。3、谐振式测量电路、谐振式测量电路谐振式调幅电路；谐振式调频电路谐振式调幅电路；谐振式调频电路（1）谐振式调幅电路）谐振式调幅电路 电压的频率与电源频率相同，而幅值随着电感L而变化。 输

8、出电压与电感的关系曲线中L0为谐振点电感值，电路灵敏度很高， 但线性差，适用于线性度要求不高的场合。（2）谐振式调频电路）谐振式调频电路 传感器电感L的变化引起输出电压频率的变化。根据Uo频率的大小即可测出被测量的值。 频率与电感变化之间具有严重的非线性关系，适用于线性度要求不高的场合。4.1.8 测量电路的零点残余电压测量电路的零点残余电压 电感式传感器测量电桥电路，当两线圈的阻抗相等，即Z1=Z2时，电桥平衡，输出电压为零。但在实际使用中输入量为零时，电桥有一个不平衡输出电压Uo ，称为零点残余电压。 传感器阻抗是一个复阻抗，为了达到电桥平衡，就要求两线圈的电阻相等，两线圈的电感也要相等。这种情况是不能精确达到的。动态测量范围：动态测量范围：1mm分分 辨辨 率：率：1