3.6电感式传感器 ◆定义:利用电磁感应原理,将被测的非 电量转换成电磁线圈的自感或互感量变 化的一种装量。 ◆分类: 按照转换方式分类: ◆自感式; ◆互感式 按照结构方式分类: ◆变气隙式; ◆变截面式; ◆螺管式
3.6电感式传感器 定义：利用电磁感应原理，将被测的非 电量转换成电磁线圈的自感或互感量变 化的一种装量。 分类： ◼ 按照转换方式分类： 自感式； 互感式。 ◼ 按照结构方式分类： 变气隙式； 变截面式； 螺管式
自感式 1.可变磁阻式 由电磁感应原理,则在其中产生磁通Φn,其 大小与所加电流成正比: wom=li (3.22) 式中W一线圈匝数; L—比例系数,称为自感(H) 又据磁路欧姆定律有 R (3.23) 式中W1一磁动势(A) Rm-磁阻(H1) 将上式代入(3.22)得自感 (324)
一、自感式 1. 可变磁阻式 由电磁感应原理，则在其中产生磁通Φm，其 大小与所加电流i成正比： 式中W－线圈匝数； L—比例系数，称为自感(H)。 又据磁路欧姆定律有 式中Wi－磁动势（A） Rm－磁阻（H-1） 将上式代入（3.22）得自感 W Li m = (3.22) m i m R W = (3.23) Rm W L 2 = (3.24)
当不考虑磁路的铁损且当气隙δ较 小时,则该磁路的总磁阻 2 R PA Ho Ao (325) 式中 1-铁芯的导磁长度(m) ↓一铁芯磁导率(Hm) A一铁芯导磁截面积A=a×bm2); 图3.15可变磁阻式传感器基 5气隙宽(m) 本原理 空气导磁率,山=4×10 1—线圈2—铁芯3—衔铁 (H/m); A一空气隙导磁横截面积(m2) 忽略第一项情况下可得总磁阻Rm 近似为26 A0 (326)
当不考虑磁路的铁损且当气隙δ较 小时，则该磁路的总磁阻 式中 l－铁芯的导磁长度(m); μ－铁芯磁导率 (H/m); A－铁芯导磁截面积,A=a×b(m2 ); δ －气隙宽(m); μ0－空气导磁率, μ0=4π×10- 7 (H/m); A0－空气隙导磁横截面积(m2 ) 忽略第一项情况下可得总磁阻Rm 近似为 图3.15 可变磁阻式传感器基 本原理 1—线圈 2—铁芯 3—衔铁 0 0 2 A A l Rm = + (3.25) 0 0 2 A Rm (3.26)
将上式代入(3.24)则有 L WuoA (3.27) 262 当A固定,变化δ时,L与δ成非线性变化关系(见图315曲线) 此时传感器灵敏度 W Ao (328) 26 灵敏度S与δ的平方值成反比,由于不是常数,因此会产生非线性误 差。因此这种传感器常规定在较小气隙变化范围内工作。则由 (3.28)式得 WHo Ao wuo A Ao △δ 26 2(+△6) 2δ 当气隙变化甚小即Δ5<<δ时,灵敏度S进一步近似为 WfunA 26 (329) S此时为一定值,输出与输入近似成线性关系。实际应用中常选取 Δ6/6≤0.1。这种传感器适宜于测量小位移,一般为0.001~1mm
将上式代入（3.24）则有 当A0固定，变化δ时，L与δ成非线性变化关系（见图3.15曲线）， 此时传感器灵敏度 灵敏度S与δ的平方值成反比，由于不是常数，因此会产生非线性误 差。因此这种传感器常规定在较小气隙变化范围内工作。则由 （3.28）式得： 当气隙变化甚小即Δδ<<δ0时，灵敏度S进一步近似为 S此时为一定值，输出与输入近似成线性关系。实际应用中常选取 Δδ/δ≤0.1。这种传感器适宜于测量小位移，一般为0.001~1mm。 2 0 0 2 2 W A L = (3.27) 2 0 0 2 2 W A d dL S = = − (3.28) (1 2 ) 2 2( ) 2 0 2 0 0 0 2 2 0 0 0 2 2 0 0 2 − + = − = − W A W A W A S 2 0 0 0 2 2 W A S = (3.29)
线图 s=axb (a)可变磁阻式面积型电感传感器 (b)可变磁阻式螺线管型电感传感器 位 L1+L21 (c)差动式电感传感器工作原理及输出特性 图3.16变磁阻式电感传感器结构形式
图3.16 变磁阻式电感传感器结构形式
◆自感式传感器应用 透平轴 ■图(a)测量透平轴 喷嘴 与其壳体间的轴向 非磁性 相对伸长 7 涂覆层 壳体 ■图(b)用于确定一 磁性材料上非磁性 铁芯 涂覆层的厚度; 线圈引线 图(C)测量在一高 压蒸汽管道中阀的 位置。 阀杆 图3.17自感式传感器应用例
自感式传感器应用 ◼ 图(a)测量透平轴 与其壳体间的轴向 相对伸长； ◼ 图(b)用于确定一 磁性材料上非磁性 涂覆层的厚度； ◼ 图(c)测量在一高 压蒸汽管道中阀的 位置。 图3.17 自感式传感器应用例
2.涡流式 定义:当金属导体置于变化着的磁 场中或者在磁场中运动时,在金属 导体内部会产生感应电流,由于这 种电流在金属导体内是自身闭合的, 因此称之为涡电流或涡流。 TTT 原理:当线圈中通以一交变高频电 流时,会引起一交变磁通Φ。在靠 近线圈的金属表面内部产生一感应 电流i1,该电流即为涡流。根据楞 次定律,由该涡电流产生的交变磁 会属板 通Φ1将与线圈产生的磁场方向相反, 亦即Φ1将抵抗中的变化。由于该涡图318涡流式传感器原理 流磁场的作用,会使线圈的等效阻 抗发生变化,其变化的程度除了与 两者间的距离δ有关外,还与金属导 体的电阻率p、磁导率μ以及线圈的 激磁电流圆频率ω等有关
2. 涡流式 • 定义：当金属导体置于变化着的磁 场中或者在磁场中运动时，在金属 导体内部会产生感应电流，由于这 种电流在金属导体内是自身闭合的， 因此称之为涡电流或涡流。 • 原理：当线圈中通以一交变高频电 流 时，会引起一交变磁通Ф。在靠 近线圈的金属表面内部产生一感应 电流i1，该电流i1即为涡流。根据楞 次定律，由该涡电流产生的交变磁 通Ф1将与线圈产生的磁场方向相反， 亦即Ф1将抵抗Ф的变化。由于该涡 流磁场的作用，会使线圈的等效阻 抗发生变化，其变化的程度除了与 两者间的距离δ有关外，还与金属导 体的电阻率ρ、磁导率μ以及线圈的 激磁电流圆频率ω等有关。 图3.18 涡流式传感器原理
◆电涡流传感器与被测物体 的等效电路 4图中金属导体被抽象 为一短路线圈,它与传感 R 器线圈磁性耦合,两者之 间定义一互感系数M,表 示耦合程度,它随间距δ 的增大而减小 线圈系统 金属导体 ◆电涡流传感器分类: 图3.19电涡流传感器与被测 物体的等效电路 ■高频反射式; ■低频透射式。 ◆用途:测量位移、振动等 物理量
电涡流传感器与被测物体 的等效电路 ： 图中金属导体被抽象 为一短路线圈，它与传感 器线圈磁性耦合，两者之 间定义一互感系数M，表 示耦合程度，它随间距δ 的增大而减小。 电涡流传感器分类： ◼ 高频反射式； ◼ 低频透射式。 用途：测量位移、振动等 物理量。 图3.19 电涡流传感器与被测 物体的等效电路
◆低频透射式涡流传感器:多用于测量材料的厚度 图3.20低频透射式涡流传感器
低频透射式涡流传感器：多用于测量材料的厚度 图3.20 低频透射式涡流传感器
◆涡流传感器的测量电路一般有阻抗分压式调 幅电路及调频电路 振荡器 放大 检波 滤波 输出 C 金属板 图3.21涡流测振仪分压调幅电路 48 f士△f 高频振荡器 鉴频器 图3.23调频电路工作原理
涡流传感器的测量电路一般有阻抗分压式调 幅电路及调频电路。 图3.21 涡流测振仪分压调幅电路 图3.23 调频电路工作原理
