《传感器与检测技术》课程教学课件（PPT讲稿）第五章电感式传感器原理与应用 5.1 自感式传感器

5.1.1 工作原理 5.1.2 变气隙式自感传感器 5.1.3 变面积式自感传感器 5.1.4 螺线管式自感传感器 5.1.5 自感式传感器测量电路 5.1.6 自感式传感器应用举例

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第五章电感式传感器原理与应用通过被测量改变感抗。感抗通过电感改变。本章介绍：自感式传感器差动变压器电涡流传感器电感传感器的应用

5.1自感式传感器 5.1.1工作原理 5.1.2变气隙式自感传感器 5.1.3变面积式自感传感器 5.1.4螺线管式自感传感器 5.1.5自感式传感器测量电路 5.1.6 自感式传感器应用举例

5.1 自感式传感器 5.1.1 工作原理 5.1.2 变气隙式自感传感器 5.1.3 变面积式自感传感器 5.1.4 螺线管式自感传感器 5.1.5 自感式传感器测量电路 5.1.6 自感式传感器应用举例

5.1.1工作原理磁路定理：截面积为S、长为1、磁导率为的铁环上，绕线圈W匝，设线圈中通过的电流为I,根据安培环路定理 fHdl=∑l H.I=W.I Φ=BS=HS=L7 WI S- S

磁路定理：  H dl = I H l =W I S l WI S l WI BS HS   = =  =  = 5.1.1 工作原理截面积为S、长为l、磁导率为μ的铁环上，绕线圈W匝，设线圈中通过的电流为I，根据安培环路定理:

与电路中的欧姆定律比较： R 1 WIWI 1 磁路欧姆定律 S 自感传感器的工作原理是把被测量转换为自感L的变化。 W体线圈自感：线圈总磁链，单位：韦伯；—通过线圈的电流，单位：安培；线圈的匝数； Rm 磁路总磁阻，单位：1/亨

与电路中的欧姆定律比较： S R l I    = = m m m R F R WI S l WI  = = =  磁路欧姆定律自感传感器的工作原理是把被测量转换为自感L的变化。线圈自感: R m W I W I L 2 =  =  = Ψ——线圈总磁链,单位：韦伯；I——通过线圈的电流，单位：安培； W——线圈的匝数； Rm——磁路总磁阻，单位：1/亨

出H出H出田出出出出出田 a)气隙型 b)截面型 c)螺线管型自感式传感器原理图对a)图：Rn= I,14,S,+2δ14S l 各段导磁体的长度；4 各段导磁体的磁导率H/m; S —各段导磁体的截面积；δ一空气隙的厚度； 40 真空磁导率4π×10-7；S 空气隙截面积返回上一页下一页

a)气隙型 b)截面型 c)螺线管型自感式传感器原理图返回上一页下一页 R l S S n i m i i i 0 1 =  /  + 2 /  = li ——各段导磁体的长度； μi ——各段导磁体的磁导率H/m； Si ——各段导磁体的截面积； δ ——空气隙的厚度； μ0 ——真空磁导率4π×10-7； S ——空气隙截面积对(a)图：

w2 L= 26 HoS 铁芯结构和材料确定后 -心任变气隙型传感器变截面型传感器线圈中放入圆柱形衔铁，衔铁上下移动时，可改变自感，构成螺线管式自感传感器。返同上一页下一页

L = f ( ,S ) L f (S ) = 2 ( ) 1 L = f 变气隙型传感器变截面型传感器线圈中放入圆柱形衔铁，衔铁上下移动时，可改变自感，构成螺线管式自感传感器。返回上一页下一页 = + = n i i i i S S l W L 1 0 2 2    铁芯结构和材料确定后

5.1.2变气隙式自感传感器 Rm= + 26 4S1 42S2 4S0 通常气隙的磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻. 28 2 26 26 >> >> HoSo 42S2 4S0 uS HoSo w2 L W24S0 Rin 26 L与6之间是非线性关系返回上一页下一页

5.1.2 变气隙式自感传感器 2 2 0 0 2 1 1 1 2 S S l S l Rm     = + + 通常气隙的磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻. 1 1 1 0 0 2 S l  S    2 2 2 0 0 2 S l  S    0 0 2 S Rm      2 0 0 2 2 W S R W L m = = ── L与δ之间是非线性关系返回上一页下一页

L 当衔铁处于初始位置时，初始电感量为： Lo+AL Lo Lo-AL W24S0 26 ⊙-△8.6,8，十A80 当衔铁上移△δ时，则， L=L+△L,6=6。-△δ 代入L的表达式并整理得： L=L+△L= W24S0 Lo 2(6-△δ) 1- △6 d 返回上一页下一页

当衔铁处于初始位置时，初始电感量为: 0 0 0 2 0 2 W  S L = 当衔铁上移Δδ时，则， 0 0 0 0 0 2 0 1 2( )       − = −  = +  = W S L L L L L = L + L， =  0 − 0 返回上一页下一页代入L的表达式并整理得:

L=L+△L= △6 1- 8o 上式用泰勒级数展开成如下的级数形式： △6 △6 L=L,+△L=Lo 1+ d AL=Lo △δ △6 △d 1+ d ⊙ a △L △6 △6 1+ 十· L d 可 o (3.1.11) 返回上一页下一页

上式用泰勒级数展开成如下的级数形式:         +          +  = +  = + 2 0 0 0 0 1     L L L L         +          +  +   = 2 0 0 0 0 1       L L         +          +  +  =  2 0 0 0 0 1       L L 返回上一页下一页0 0 0 1   − = +  = L L L L (3.1.11)

同理，当衔铁随被测物体的初始位置向下移动时，有： L=L-△L, 6=6,+△6 L=L△L= W24S6 2(6,+△6) △6 1+ δ0 AL=Lo △6 1- △6 △6 △6 d d 60 L △6 1- AS (3.1.13) Lo 5o

        +          −          +  −   = 3 0 2 0 0 0 0 1         L L         +          −          +  −  =  3 0 2 0 0 0 0 0 1         L L 同理，当衔铁随被测物体的初始位置向下移动时，有： L = L0 -L， =  0 +  0 0 0 0 0 2 0 1 2( ) -       + = +  =  = W S L L L L (3.1.13)

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