成都信息工程（成都信工学院）：电子工业出版社《传感器与检测技术》教学资源（PPT课件）第3章变阻抗式传感器原理与应用（3.1）自感式传感器

3.1.1 工作原理 3.1.2 变气隙式自感传感器 3.1.3 变面积式自感传感器 3.1.4 螺线管式自感传感器 3.1.5 自感式传感器测量电路 3.1.6 自感式传感器应用举例

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31自感式传感器 ·3.1.1工作原理 3.12变气隙式自感传感器 3.13变面积式自感传感器 ·3.1.4螺线管式自感传感器 3.1.5自感式传感器测量电路 3.1.6自感式传感器应用举例

3.1 自感式传感器 ⚫ 3.1.1 工作原理 ⚫ 3.1.2 变气隙式自感传感器 ⚫ 3.1.3 变面积式自感传感器 ⚫ 3.1.4 螺线管式自感传感器 ⚫ 3.1.5 自感式传感器测量电路 ⚫ 3.1.6 自感式传感器应用举例

3.1.1工作原理 wo w ψ——线圈总磁链,单位:韦伯线圈自感=7==R 通过线圈的电流,单位:安培; 线圈的匝数 Ra磁路总磁阻,单位:1/亨 a)气隙型 b)截面型 )螺管型自感式传感器原理图上一页下一页

3.1.1 工作原理线圈自感 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。 a)气隙型 b)截面型 c)螺管型自感式传感器原理图返回上一页下一页 R m W I W I L 2 =  =  =

Rn=∑14S+28/46 各段导磁体的长度; U;各段导磁体的磁导率 S 各段导磁体的截面积 δ—空气隙的厚度; 真空磁导率 S 空气隙截面积 L=N2∑(AS)+28/4S L=f(6,S) L=f(6)变气隙型传感器 L=f(S)变截面型传感器线圈中放入圆形衔铁可变自感螺管型传感器。上一页下一页

L = N (l S )+ S i i i 0 2 / /  2 /  R l S S m i i i 0 =  / + 2 /  l i ——各段导磁体的长度； U i——各段导磁体的磁导率； S i ——各段导磁体的截面积； δ ——空气隙的厚度； U0 ——真空磁导率 S ——空气隙截面积 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形衔铁可变自感螺管型传感器。返回上一页下一页

3.1.2变气隙式自感传感器 26 R As A2s, loso 通常气隙的磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻 2δ、l2 267 10S02S 10S01S1 2 R W2W2SL与δ之间是非线性关系 R 2 上一页下一页

3.1.2 变气隙式自感传感器 2 2 0 0 2 1 1 1 2 s s l s l R m     = + + 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 R m      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, 初始电感量为十△ W2 080 2 0 -△85+△6 当衔铁上移△δ时,则L=L0+△=6-△6, 代入式(3.1.6)式并整理得 W L=L+△L 2(0-△) △δ 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，代入式（3.1.6）式并整理得 0 0 0 0 0 2 0 1 2( )       − = −  = +  = W s L L L L L = L0 + L  =  0 − 返回上一页下一页

△/6《上式用泰勒级数展开成如下的级数形式 △△δ L=L0+ML=L01++ △6 △6△o △L=L 1++ △L△δ,△6△δ 同理,当衔铁随被测物体的初始位置向下移动时,有 A6.△6△δ △δ △L=L △L。△6,△△δ L。。6。( 上一页下一页

 /  0 1 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         +          −          +  −   =  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，有返回上一页下一页

对式(3.1.11)(3.1.13)作线性处理,即忽略高次项后可得 △L△6 灵敏度为 △L/L △6 变间隙式自感传感器的测量范围与灵敏度及线性度是相矛盾的, 因此变隙式自感式传感器适用于测量微小位移场合为了减小非线形误差,实际中广泛采用差动变隙式电感传感器上一页下一页

对式（3.1.11）（3.1.13）作线性处理，即忽略高次项后可得 0  0  =  L L 灵敏度为 0 0 0 / 1   =   = L L k 变间隙式自感传感器的测量范围与灵敏度及线性度是相矛盾的，因此变隙式自感式传感器适用于测量微小位移场合。为了减小非线形误差，实际中广泛采用差动变隙式电感传感器返回上一页下一页

差动变隙式电感传感器 R 1-铁芯; U 2-线圈; 3-衔铁当衔铁向上移动时,两个线圈的电感变化量△L1、△L △6 △6 △L=△L1+△L2=2V0 1+ 上一页下一页

差动变隙式电感传感器 1-铁芯； 2-线圈； 3-衔铁         +          +          +   =  +  =  4 0 2 0 0 1 2 2 0 1       L L L L 当衔铁向上移动时，两个线圈的电感变化量ΔL1、ΔL2 返回上一页下一页

对上式进行线性处理,即忽略高次项得 N△δ 灵敏度k为 △L/L 2 △6 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)单线圈是忽略以上高次项,差动式是忽略△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。上一页下一页

对上式进行线性处理，即忽略高次项得 0 0 2   =  L L 灵敏度k0为 0 0 0 / 2   =   = L L k （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）单线圈是忽略以上高次项，差动式是忽略以上高次项，因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。 2 0            3 0            返回上一页下一页

3.1.3变面积式自感传感器 ·传感器气隙长度保持不变,令磁通截面积随被测非电量而变,设铁芯材料和衔铁材料的磁导率相同,则此变面积自感传感器自感L为 W24 1-1s=K Hlos Hou s 灵敏度 K ds 变面积式自感传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下, 输入与输出呈线性关系;因此可望得到较大的线性范围。但是与变气隙式自感传感器相比,其灵敏度降低上一页下一页

3.1.3 变面积式自感传感器 ⚫ 传感器气隙长度保持不变，令磁通截面积随被测非电量而变，设铁芯材料和衔铁材料的磁导率相同，则此变面积自感传感器自感L为 s K s l l W s l s l W L r r =  − = + =        / 0 2 0 0 2 灵敏度 K ds dL k = =  0 变面积式自感传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下，输入与输出呈线性关系；因此可望得到较大的线性范围。但是与变气隙式自感传感器相比，其灵敏度降低。返回上一页下一页

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