电感式传感器原理及特性VIP免费

第4章电感式传感器4.1变磁阻式传感器4.2差动变压器式传感器4.3电涡流式传感器•电感式传感器的工作基础：电磁感应•即利用线圈电感或互感的改变来实现非电量测量被测物理量（非电量：位移、振动、压力、流量、比重）线圈自感系数L/互感系数M电压或电流（电信号）电磁感应测量电路•分为变磁阻式、变压器式、涡流式等•特点：–工作可靠、寿命长–灵敏度高，分辨力高–精度高、线性好–性能稳定、重复性好4.1变磁阻式传感器（自感式）4.1.1工作原理变磁阻式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料制成。A1L1线圈铁芯衔铁L2A2W在铁芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。A1L1线圈铁芯衔铁L2A2W线圈中电感量可由下式确定：WLII根据磁路欧姆定律：mRIW式中,Rm为磁路总磁阻。（4-1）（4-2）气隙很小，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121122002mLLRAAA（4-3）通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即222001110022AlAAlA（4-4）则式（4-3）可写为002ARm（4-5）联立式（4-1）、式（4-2）及式（4-5），可得20022AWRWLm（4-6）上式表明：当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数，改变δ或A0均可导致电感变化，因此变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感器和变气隙面积A0的传感器。目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器。20022AWRWLm4.1.2输出特性L与δ之间是非线性关系，特性曲线如图5-2所示。20022AWRWLmL＋－oL0L0＋LL0－L图4-2变隙式电压传感器的L-δ特性分析：当衔铁处于初始位置时，初始电感量为020002WAL（4-7）当衔铁上移Δδ时，传感器气隙减小Δδ，即δ=δ0－Δδ，则此时输出电感为00000201)(2LAWLLL（4-8）当Δδ/δ0<<1时（台劳级数）：30200001LLLL（4-9）可求得电感增量ΔL和相对增量ΔL/L0的表达式，即200002000011LLLL(4-10)(4-11)同理，当衔铁随被测体的初始位置向下移动Δδ时，有3020000302000011LLLL（4-12）（4-13）对式（4-11）、（4-13）作线性处理，即忽略高次项后，可得00LL（4-14）灵敏度为0001LLK可见：变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。（4-15）与•衔铁上移–切线斜率变大0K20000011LLK20000011LLK－－L＋－oL0L0＋LL0－L•衔铁下移–切线斜率变小与线性度•衔铁上移：23000LL非线性部分23000LL非线性部分－－•衔铁下移：•无论上移或下移，非线性都将增大。差动变隙式电感传感器sUL1L2RoRooU122131¡ªÌúо£»2¡ªÏßȦ£»3¡ªÏÎÌú为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器。衔铁上移Δδ：两个线圈的电感变化量ΔL1、ΔL2分别由式（4-10）及式（4-12）表示，差动传感器电感的总变化量ΔL=ΔL1+ΔL2,具体表达式为...