《电感式传感器》PPT课件

2
L0
0
结论：
（1）差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈式传感器的两倍。
2
3
（2）单线圈是忽略
0

以上高次项，差动式是忽略
0

以上高次项，
因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。
4.1.2 螺管型自感传感器 有单线圈和差动式两种结构形式。
单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈和一根圆柱形铁芯。传感器工 作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管线圈自感值的变化。当用恒 流源激励时，则线圈的输出电压与铁芯的位移量有关。
1.0 H（INl ）
0.8 l
0.6 r
0.4
x
0.2
单线圈螺管型传感器
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 螺管线圈内磁场分布曲线
结论：
x（l）
1. 在线圈中段才有可能获得较高的灵敏度，并且有较好的线性特性。
为了提高灵敏度与线性度,常采用差动螺管式自感传感器。
结论：
1.为了得到较好的线性,铁芯长度取0.6l时,则铁芯工作 在H曲线的拐弯处,此时H变化小。 特点：
2、变压器电桥
平衡臂为变压器的两个副边，当负载阻抗为无穷大I时，流入工
作臂的电流为 I E
Z1 Z2
U SC

Z1
E Z2
Z2

E 2

E 2
Z1 Z1

Z2 Z2
E
E/2
Z1
变压器电桥的输出电压幅值
USC 2
L E RS2 2L2
E/2
Z2 USC
变压器电桥原理图
目录
本章主要内容 4.1 自感式传感器 4.1.1气隙型自感传感器 4.1.2螺管型自感传感器 4.1.3自感线圈的等效电路 4.1.4测量电路 (1)交流电桥（2）变压器电桥 4.1.5 自感式传感器的应用 4.2差动变压器 4.2.1结构原理与等效电路 4.2.2误差因素分析 4.2.3测量电路 4.2.4差动变压器的应用 （1）加速度传感器（2）微压力变送器 4.3电涡流式传感器工作原理 4.4 电感式传感器的应用 （1）位移测量（2）振动测量（3）连续油管的椭圆度测量 （4）电感式滚柱直径分选装置（5）无损探伤
差动变隙式电感传感器
当衔铁向上移动时，两个线圈的电感
变化量Δ L1、Δ L2
L
L1
L2
2L0
0

1


0
2



0
4



对上式进行线性处理，即忽略高次项得
灵敏度k0为
k0

L / L0

2
0
L
4.1.3 自感线圈的等效电路
假设自感线圈为一理想纯电感，但实际传感器中包括：线圈的铜 损电阻（Rc）、铁芯的涡流损耗电阻（Re）和线圈的寄生电容 （C）。
Rc C
Re
L
自感传感器的等效电路
4. 1.4 测量电路 1、交流电桥
交流电桥是自感传感器的主要测量电路，为了提高灵敏度，改善 线性度，自感线圈一般接成差动形式，如图。Z1、Z2为工作臂， 即线圈阻抗，R1、R2为电桥的平衡臂
1
2
0.5lδ
x (a)气隙式
3 (b)变截面式
变化曲线示意图
由磁路基本知识知，线圈自感为 L N 2
Rm
N：线圈匝数；Rm：磁路总磁阻(铁芯与衔铁磁阻和空气隙磁阻) 气隙式自感传感器，因为气隙较小(lδ为0.1～1mm)，所以，认为气隙磁场是 均匀的，若忽略磁路铁损，则磁路总磁阻为
Rm

l1
优点：与电阻平衡电桥相比，元件少，输出阻抗小，桥路开路时电路呈线性； 缺点：变压器副边不接地，易引起来自原边的静电感应电压，使高增益放大器 不能工作。
4.1.5 自感式传感器的应用 1. 自感式位移传感器
1 传感器引线 2 铁心套筒 3 磁芯 4 电 感 线 圈 5 弹 簧 6 防转件 7 滚 珠 导 轨 8 测杆 9 密封件 10玛瑙测端
4.1.5 自感式传感器的应用
2.自感式压力传感器
变隙式自感压力传感器结构图
变隙差动式电感压力传感器
4.2 差动变压器
4.2.1 结构原理与等效电路 分气隙型和差动变压器两种。目前多采用螺管型差动变压器。

l
0S

简化得：
L N 20S
l
2、特性分析
L
主要特性:灵敏度和线性度。
若忽略高次项，则自感变化灵敏度为：
KL

L l

L l
1 l
1 l
r
ΔL1
L0
ΔL2
lδ
lδ0
结论：
①当气隙lδ 发生变化时，自感的变化与气隙变化均呈非线性关系，其非线性 程度随气隙相对变化Δ lδ /lδ 的增大而增加； ②气隙减少Δ lδ 所引起的自感变化Δ L1与气隙增加同样Δ lδ 所引起的自感变 化Δ L2并不相等，即Δ L1＞Δ L2，其差值随Δ lδ /lδ 的增加而增大。
本章主要内容
掌握自感式传感器的工作原理，了解其分类 掌握自感式传感器的等效电路和测量电路 熟悉差动变压器的工作原理 了解差动变压器的测量电路 了解电涡流式传感器的工作原理 熟悉电感式传感器的主要应用
4.1 自感式传感器 有气隙型和螺管型两种结构。
4.1.1气隙型自感传感器 1、工作原理 组成：线圈1，衔铁3和铁芯2等。 图中点划线表示磁路，磁路中空气隙总长度为lδ 。
这种差动螺管式自感传感器的测量范围为(5～50)mm, 非线性误差在0.5％左右。
H（IN） 0.8 l 0.6 0.4
-1.2 -0.8 -0.4 0.2
x(l)
0.4 0.8 1.2 0.2
(a)
2lc
x 2l
线圈Ⅰ
Δlc r 线圈Ⅱ
0.4 0.6
0.8
差动螺旋管式自感传感器
(a)结构示意图
(b)磁场分布曲线
电桥平衡条件： Z1 R1 设Z1=Z2=Z=RS+jωZL2；RR12=R2=R RS1=RS2=RS； L1=L2=L E为桥路电源，ZL是负载阻抗。工作 时，Z1=Z+Δ Z和Z2=Z-Δ Z
Z1
RS1
R1
E
L1 ZL
L2 USC
Z2
RS2
R2
U SC

E
Z Z

2ZL
ZL R

Z
交流电桥原理图
1S1

l2
2S2

l
0S
l1：铁芯磁路总长；l2：衔铁的磁路长；S：隙磁通截面积； S1：铁芯横截面积；S2：衔铁横截面积；μ1：铁芯磁导率； μ2：衔铁磁导率；μ0：真空磁导率，μ0=4π×10-7H／m； lδ：空气隙总长。
L N2 N2 Rm

l1
1S1

ห้องสมุดไป่ตู้
l2
2S2