7电感式与电容式传感器

7-1 课程 检测技术 专业 自动化 章 第七章 电感式与电容式传感器 年级 三年级下 节 计划学时 教材 胡向东等编著《传感器与检测技术》P.39～73 开课时间 电感式传感器和电容式传感器都是结构型传感器，它们的共同点是都可等效为一个可变的阻抗元件，将被测量转换为电感、电容等电抗量的变化，再通过测量电路将电感或电容的变化转换为电压、电流、频率等电量的变化。 电感式传感器基于电磁感应原理，利用线圈等电感元件，将被测量的变化转换为自感或互感系数的变化。 电容式传感器等效于各种类型的电容器，将被测量的变化转换为电容量的变化。 电感式传感器和电容式传感器的种类很多，本章介绍几种典型的电感式传感器和电容式传感器。 7 .1 自感式传感器 7 .1 .1 自感电动势与电感 线圈通入电流时，会形成磁场。当线圈通入的电流 I 变化时，该电流所产生的磁通φ 也随着变化，因而线圈本身会产生感应电动势 eL，这种现象称为自感现象，所产生的感应电动势称为自感电动势。根据法拉第电磁感应定律，当线圈的匝数为W 时，则线圈的自感电动势 eL 为： LWett   （7-1） 式中，ψ 称为磁链，其值为匝数 W 与磁通φ 的乘积，ψ ＝Wφ 。 磁链ψ 与电流成正比，其比例常数称为自感L，或称为电感，其值为： WLII （7-2） 因此 LIeLt  （7-3） 电感的单位为亨利（H），1H＝1 Wb／A（韦／安）。 对于一个磁路，按磁路欧姆定律有 1nmiiWIR  （7-4） 式中，Rmi 为第i 段磁路的磁阻；n为磁路的段数；1nmiiR为磁路的总磁阻。 imiiilRS （7-5） 式中，li 为第i 段磁路的平均长度；Si 为第i 段磁路的截面积；μ i 为第 i 段磁路的磁导率。 将式（7-4）、式（7-5）代入式（7-2），得 7-2 2211nnimiiiiiWWLlRS （7-6） 由式（7-6）可以看出，电感L 取决于线圈匝数、磁路的几何尺寸与介质的磁导率。 7 .1 .2 自感式传感器的基本原理 图7-1 是最简单的变气隙型自感式传感器的原理图，它由线圈、铁芯和衔铁组成。铁芯2 和衔铁3均由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成。线圈1 套在铁芯上。在铁芯与衔铁之间有空气隙，其厚度为δ 。当衔铁产生位移时，空气隙厚度δ 发生变化，从而使电感值发生变化。 根据式（7-6），线圈的电感量为 212112202WLllSSS （7-7） 式中 W——线圈的匝数； l1、l2...