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...