1、2023-1-61第第4章章 电感式传感器电感式传感器原理：原理：结构简单可靠结构简单可靠输出功率大输出功率大输出阻抗小输出阻抗小抗干扰能力强抗干扰能力强对工作环境要求不高对工作环境要求不高分辨力较高分辨力较高稳定性好稳定性好缺点缺点频率响应低频率响应低不宜于快速动态测量不宜于快速动态测量2023-1-62分类：按磁路几何参数变化按磁路几何参数变化 变气隙式变气隙式、变面积式、螺管式、变面积式、螺管式按线圈组成方式按线圈组成方式 单一式，差动式单一式，差动式自感式传感器自感式传感器互感式传感器互感式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器2023-1-634.1 自感式传感器自感式传感器（变磁阻式传
2、感器）（变磁阻式传感器）1、变气隙式自感传感器、变气隙式自感传感器单一式单一式123图图 11线圈，线圈，2铁心，铁心，3衔铁衔铁22nMmii 1WWLRR线圈自感：线圈自感：其中：其中：W线圈的匝数，线圈的匝数，RmiI段的段的磁阻磁阻RM磁路总磁阻磁路总磁阻imiiilRS第第i段磁路的平均长度段磁路的平均长度第第i段段磁路的横截面磁路的横截面积积第第i段段磁路的导磁率磁路的导磁率又又2023-1-6412m11220ll2RSSS1212lllSSS当当r021FRR时时12F11220rlllRSSS 002SSmFrlRRR 所以：所以：气隙的厚度：气隙的厚度：磁路导磁率：磁路导磁
3、率：磁路相对导磁率：磁路相对导磁率i r其中：其中：对于图对于图1的磁阻的磁阻2023-1-65一般情况下：一般情况下：1012SSl2022SSlm002RS200S WL2 要改变要改变L 气隙厚度气隙厚度 S0 气隙截面积气隙截面积 气隙导磁率气隙导磁率0 002SSmFrlRRR 在在中中2023-1-66（i）当衔铁）当衔铁下移下移：01)(20020000 LNALLL2000LL 1()().1 0LLL 0 L0当当单一变气隙式自感传感器输出特性单一变气隙式自感传感器输出特性2023-1-6701 L0Lk（ii）当衔铁）当衔铁上移上移0 010 LL2000LL 1()().
4、同理同理灵敏度：灵敏度：2023-1-6800LL1K灵敏度：灵敏度：L0L0+LL0-L0 0+0-L2023-1-69 由此可见由此可见,变间隙式电感传感器的测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量范围与灵敏度及线性度相矛盾,所以所以变隙式电感传感器用于测量变隙式电感传感器用于测量微小位移微小位移时时是比较精确的。为了减小非线性误差是比较精确的。为了减小非线性误差,实际测量中广泛采用实际测量中广泛采用差动变隙式电感传差动变隙式电感传感器感器。2023-1-610灵敏度：灵敏度：差动式传感器结构图差动式传感器结构图24120000LLL2L1()().002LLL1L20002
5、LLK结论结论:差动式比单线圈式的灵敏度高一倍。差动式比单线圈式的灵敏度高一倍。差动式的非线性项等于单线圈非线性差动式的非线性项等于单线圈非线性项乘以（项乘以（/0）因子）因子,线性度得到明显线性度得到明显改善。改善。差动变气隙式自感传感器输出特性差动变气隙式自感传感器输出特性2023-1-6112、变面积型自感传感器、变面积型自感传感器(了解）了解）单一式单一式 AAA0 NAAL2)(200 AAL10 NAL02200 忽略忽略RF初始电感：初始电感：图图3单一式变面积型单一式变面积型12a32023-1-612差动式差动式2 a1baaAbaaA)()(0201，)1()1(20000
6、022aaLaabaNL)1()1(20000021aaLaabaNL图图4差动式变差动式变截面积型截面积型2023-1-613例题分析例题分析n已知变气隙电感传感器的铁心截面积已知变气隙电感传感器的铁心截面积A=1.5cm2，磁路长度磁路长度L=20cm，相对磁导率，相对磁导率 1 1=5000=5000，气隙，气隙0 0=0.5cm=0.5cm，=0.1mm0.1mm，真空磁导率，真空磁导率 0 0=4=410-7H/m，线圈匝数，线圈匝数w=3000=3000，单端式传感，单端式传感器的灵敏度器的灵敏度L/L/，若做成差动结构形式，其，若做成差动结构形式，其灵敏度将如何变化？灵敏度将如何
7、变化？2023-1-614 测量电路测量电路 电感式传感器的测量电路有电感式传感器的测量电路有:交流电桥式交流电桥式、交流变压器式交流变压器式谐振式谐振式2023-1-615 1.交流电桥式测量交流电桥式测量电路电路 图所示为交流电桥图所示为交流电桥测量电路测量电路,把传感器的把传感器的两个线圈作为电桥的两两个线圈作为电桥的两个桥臂个桥臂Z1和和Z2,另外二另外二个相邻的桥臂用纯电阻个相邻的桥臂用纯电阻代替。代替。2023-1-616 1.交流电桥式测量电路交流电桥式测量电路对于高Q值（Q=L/R）的差动式电感传感器,其输出电压101000222ACACACUUUZjLLUZRj LL将将L/
8、L0（/0）代入得出：）代入得出：电桥输出电压与电桥输出电压与有成正比。有成正比。2023-1-6174.2 互感式传感器（差动变压式）互感式传感器（差动变压式）被测量使衔铁移动，引起初次级线圈间的被测量使衔铁移动，引起初次级线圈间的变变化，形成输出电压的变化。化，形成输出电压的变化。M1M22023-1-61811LjrUI&112 a112b21EjM IEjM I&1、工作原理、工作原理1222a2b1112a2b2a2b22j(MM)UEEUrj LZrrj Lj Lrj L&传感器的传感器的输出电压输出电压传感器的传感器的输出阻抗输出阻抗M1M22023-1-6191202a2b01
9、MMMEEj M I&当衔铁处中间位置当衔铁处中间位置02U&当衔铁偏离中间位置（当衔铁偏离中间位置（上移上移）1020MMMMMM11122ULjrMjU&2023-1-620实际特性曲线实际特性曲线理论特性曲线理论特性曲线U0零点残余电压零点残余电压2023-1-6212、测量电路：、测量电路：n差动变压器输出的是交流电压差动变压器输出的是交流电压,若用若用交流交流电压表测量电压表测量,只能反映只能反映衔铁位移的大小衔铁位移的大小,而而不能反映移动方向不能反映移动方向。n其测量值中将包含其测量值中将包含零点残余电压零点残余电压。n为了达到能辨别移动方向及消除零点残为了达到能辨别移动方向及消除零点残余电压的目的余电压的目的,实际测量时实际测量时,常常采用常常采用差差动整流电路动整流电路和和相敏检波电路相敏检波电路。
