第 ３ 章 　位 移 传 感 器（课件）- 《传传感器与检测技术》同步教学（北京理工版）

第 ３ 章 　位 移 传 感 器 ３. １　自 感 式 位 移 传 感 器 ３. ２　差 动 变 压 器 ３. ３　电 容 式 位 移 传 感 器 ３. ４　光 纤 式 位 移 传 感 器 返回 1 ３. １　自 感 式 位 移 传 感 器 ３. １. １　自 感 式 位 移 传 感 器 的 工 作 原 理 和 种 类 １. 自 感 式 位 移 传 感 器 的 工 作 原 理 自 感 式 位 移 传 感 器 是 利 用 电 磁 感 应 原 理 将 非 电 量 转 化 为 线 圈 的 自 感 量 的 变 化 ， 通 过 测 量 电路 转 换 为 电 压 、 电 流 或 频 率 的 变 化 ， 实 现 对 被 测 物 体 位 移 的 测 量 。 其 主 要 结 构 由 线 圈 、 铁 芯 和衔 铁 组 成 ， 铁 芯 和 衔 铁 由 导 磁 材 料 （ 如 硅 钢 片 ） 制 成 ， 在 铁 芯 和 衔 铁 之 间 有 空 气 气 隙 ， 被 测物 体 与 衔 铁 相 连 。 当 衔 铁 移 动 时 ， 气 隙 厚 度 发 生 改 变 引 起 磁 阻 变 化 ， 从 而 引 起 电 感 线 圈 电 感 值发 生 改 变 ， 测 量 电 感 量 就 可 以 知 道 衔 铁 位 移 量 的 大 小 。 自 感 式 传 感 器 的 外 形 如 图 ３ －１ 所 示 。 下一页 返回 ３. １　自 感 式 位 移 传 感 器 将 一 只 ３６ Ｖ 的 交 流 接 触 器 绕 组 与 交 流 毫 安 表 串 联 后 ， 接 到 ３６ Ｖ 的 交 流 电 压 源 上 。 毫 安表 的 初 始 值 约 为 几 十 毫 安 。 若 慢 慢 将 接 触 器 的 活 动 铁 芯 （ 称 为 衔 铁 ） 往 下 按 时 ， 会 发 现 毫安 表 的 读 数 逐 渐 减 小 ， 如 图 ３ －２ 所 示 。 当 衔 铁 与 固 定 铁 芯 之 间 的 气 隙 等 于 零 时 ， 毫 安 表 的读 数 只 剩 下 十 几 毫 安 。 由 电 路 知 识 可 知 ， 忽 略 绕 组 的 直 流 电 阻 时 ， 流 过 绕 组 的 交 流 电 流 为 ： 根 据 磁 路 的 基 本 知 识 ， 线 圈 的 自 感 为 ： 上一页 下一页 返回 ３. １　自 感 式 位 移 传 感 器 磁 路 的 磁 阻 为 ： ２. 自 感 式 传 感 器 的 种 类 自 感 式 传 感 器 常 见 的 形 式 有 变 气 隙 式 、 变 截 面 式 、 螺 管 式 三 种 ， 如 图 ３ －３ 所 示 。 （ １） 变 气 隙 式 自 感 传 感 器 图 ３ －３ （ ａ） 所 示 ， 传 感 器 工 作 时 衔 铁 与 被 测 体 连 接 。 当 被 测 体 按 图 中 方 向 产 生 位 移 时 ，衔 铁 与 其 同 步 移 动 ， 引 起 磁 路 中 气 隙 的 磁 阻 发 生 相 应 的 变 化 ， 从 而 引 起 线 圈 的 电 感 量 也 发 生 变化 。 因 此 ， 只 要 测 出 自 感 量 的 变 化 ， 就 能 确 定 衔 铁 （ 即 被 测 体 ） 位 移 量 的 大 小 和 方 向 。 这 就是 闭 合 磁 路 变 气 隙 式 自 感 传 感 器 的 工 作 原 理 ， 其 输 出 －输 入 特 性 曲 线 如 图 ３ －４ （ ａ） 所 示 。 上一页 下一页 返回 ３. １　自 感 式 位 移 传 感 器 由 于 气 隙 的 磁 阻 远 大 于 铁 芯 和 衔 铁 的 磁 阻 ， 从 而 在 定 量 计 算 时 可 忽 略 铁 芯 和 衔 铁 的 磁阻 。 因 此 ， 自 感 线 圈 的 电 感 量 按 式 （ ３ －２） 计 算 ， 这 时 的 灵 敏 度 Ｋ １ 为 ： 由 式 （ ３ －２） 可 见 ， 在 线 圈 匝 数 Ｎ 确 定 后 ， 若 保 持 气 隙 面 积 Ａ 为 常 数 ， 则 Ｌ ＝ ｆ （ δ） ，即 电 感 Ｌ 是 气 隙 厚 度 δ 的 函 数 ， 如 图 ３ －４ （ ａ） 所 示 ， 电 感 Ｌ 与 气 隙 厚 度 δ 成 反 比 ， 输 入 、输 出 成 非 线 性 关 系 。 由 式 （ ３ －４） 看 出 ， δ 越 小 ， 灵 敏 度 Ｋ １ 越 高 。 上一页 下一页 返回 ３. １　自 感 式 位 移 传 感 器 （ ２） 变 截 面 式 自 感 传 感 器 图 ３ －３ （ ｂ） 所 示 为 变 截 面 式 自 感 传 感 器 的 结 构 。 在 式 （ ３ －２） 中 ， Ｎ 确 定 后 ， 若 保 持气 隙 厚 度 δ 为 常 值 ， 则 Ｌ ＝ ｆ（ Ａ） ， 即 电 感 Ｌ