第三章电感式传感器 定义 x(位移、流量、振动)→L(自感)、M(互感)→U(1) 种类 自感式、互感式和电涡流式三种传感器
第三章 电感式传感器 x(位移、流量、振动）→ L（自感）、M（互感）→U（I） 种类 自感式、 互感式和电涡流式三种传感器。 定义
利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、 振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化,再由测量电 路转换为电压或电流的变化量输出,这种装置称为电感式 传感器。电感式传感器具有结构简单,工作可靠,测量精度 高,零点稳定,输出功率较大等一系列优点。其主要缺点 是灵敏度、线性度和测量范围相互制约,传感器自身频率 响应低,不适用于快速动态测量。这种传感器能实现信息 的远距离传输、记录、显示和控制,在工业自动控制系统 中被广泛采用
利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、 振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化, 再由测量电 路转换为电压或电流的变化量输出, 这种装置称为电感式 传感器。电感式传感器具有结构简单, 工作可靠, 测量精度 高, 零点稳定, 输出功率较大等一系列优点。 其主要缺点 是灵敏度、线性度和测量范围相互制约, 传感器自身频率 响应低, 不适用于快速动态测量。这种传感器能实现信息 的远距离传输、记录、显示和控制, 在工业自动控制系统 中被广泛采用
第一节工作原理 自感式传感器工作原理 L 2 线圈自感 线圈匝数 3 L=N/R 士∧ 1一线圈;2—铁芯(定铁芯);3一衔铁(动铁芯) 磁路总磁阻
第一节 工作原理 一、自感式传感器工作原理 1 线圈自感 2 / L N R = m 线圈匝数 磁路总磁阻
对于变隙式传感器,因为气隙很小,所以可以认为气隙中的 磁场是均匀的。若忽略磁路磁损,则磁路总磁阻为 ∑ 20 R ×、 式中:1一各段导磁体的长度; μ—各段导磁体的导磁率; S;—铁芯材料的截面积; δ—气隙的厚度 空气的导磁率 S—空气隙的截面积;
对于变隙式传感器, 因为气隙很小, 所以可以认为气隙中的 磁场是均匀的。若忽略磁路磁损, 则磁路总磁阻为 0 i 2 m i i L R S S = + 式中: —— 各段导磁体 的长度; μi——各段导磁体的导磁率; Si——铁芯材料的截面积; δ——气隙的厚度 μ0——空气的导磁率; S——空气隙的截面积; Li
总磁阻 ∑Rm=∑ l L,L2,20 1 S 0,δ,S分别为气隙的磁导率、气隙厚度和截面积 1,41,S分别为铁心的磁导率、长度和截面积。 2,2,S2分别为衔铁的磁导率、长度和截面积
3 3 1 2 1 1 1 1 2 2 0 0 1 1 1 2 2 2 2 , , , , , , i mi i i i i l L L R s S S S S l S l S = = = = + + 总磁阻 分别为气隙的磁导率、气隙厚度和截面积。 分别为铁心的磁导率、长度和截面积。 分别为衔铁的磁导率、长度和截面积
可得 L= N D.26 铁心的结构和材料确定后,上式分母第一项为常 数,此时,自感是气隙厚度和气隙截面积的函数。 自感传感器分为三种类型: 变间隙式、变面积式和螺管式 (螺管式电感传感器建立在磁路磁阻随着衔铁 插入深度不同而变化的基础上 x个→>∑Rn→L个
2 0 2 /[ ] i i i L L N S S = + 可得 铁心的结构和材料确定后，上式分母第一项为常 数，此时，自感是气隙厚度和气隙截面积的函数。 自感传感器分为三种类型： 变间隙式、变面积式和螺管式。 （螺管式电感传感器建立在磁路磁阻随着衔铁 插入深度不同而变化的基础上） → → = x R L n i mi 1
互感式传感器(差动变压器式传感器)工作原理 把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传 感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的 基本原理制成的,并且次级绕组都用差动形式连接,故 称差动变压器式传感器。 差动变压器结构形式较多,有变隙式、变面积式 和螺线管式等,但其工作原理基本一样。非电量测量 中,应用最多的是螺线管式差动变压器,它可以测量 1~10omm范围内的机械位移,并具有测量精度高,灵 敏度高,结构简单,性能可靠等优点
二、互感式传感器（差动变压器式传感器）工作原理 把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传 感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的 基本原理制成的, 并且次级绕组都用差动形式连接, 故 称差动变压器式传感器。 差动变压器结构形式较多, 有变隙式、 变面积式 和螺线管式等, 但其工作原理基本一样。非电量测量 中, 应用最多的是螺线管式差动变压器, 它可以测量 1～100mm范围内的机械位移, 并具有测量精度高, 灵 敏度高, 结构简单, 性能可靠等优点
原理 传感器工作时,被测量 变化将使磁心产生位移, 引起磁链和互感系数的变化, 最终使输出电压变化 磁芯 输出电压 庸 Uo=E=-JOMU(R,+jOl,y 12 输出电压有效值 U=oM/√R+(oL)
原理 传感器工作时，被测量 的变化将使磁心产生位移， 引起磁链和互感系数的变化， 最终使输出电压变化。 . . . 0 1 1 U E j M U R j L = = − + /( ) 输出电压： 输出电压有效值 2 2 0 1 1 U MU R L = + / ( )
第二节电感计算及特性分析 (一)自感计算及特性分析 1气隙型自感传感器 它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁 由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成,在铁芯和衔 铁之间有气隙,气隙厚度为δ,传感器的运动部分与 衔铁相连。 x→>△8→>ARn→>△L(Z) 测出△L可确定x
第二节 电感计算及特性分析 （一）自感计算及特性分析 1.气隙型自感传感器 它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁 由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成, 在铁芯和衔 铁之间有气隙, 气隙厚度为δ, 传感器的运动部分与 衔铁相连。 测出 L可确定x。 x Rm L Z → → → ( )
线圈通以有效值为/交流电,产生磁通为Φ, 线圈匝数为N Ng 则L (类似R 由磁路欧姆定律 N NI R R ∑Rn
1 2 1 n m mi i n mi i I N U L R I I NI NI R R N L R = = = = = = = 线圈通以有效值为 的交流电，产生磁通为 ， 线圈匝数为N。 则 （类似 ） 由磁路欧姆定律