3 电感传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（机工版）

3.1 自感传感器 3.2 差动变压器传感器 3.3 电感传感器的应用 第三章 电感传感器 提纲 内容 1 >利用磁路磁阻变化，引起传感器线圈的电感（自感 或互感）变化来检测非电量的一种机电转换装置。 >感测量：位移、振动、 压力、应变等。 >优点：输出功率大， 电压灵敏度可达数百mV/mm， 结构简单，输出阻抗小，抗干扰能力强，分辨力较 高， 机械位移： 0.1μm，甚至更小；角位移： 0.1 角秒，在几十 μm到数百mm的位移范围内，输出特 性的线性度较好，且比较稳定。 >缺点：存在交流零位信号，频率响应低，不适用于 快速变化的动态测量 2 电感传感器 什么是电感传感器？ > 自感式传感器（电感传感器） >互感式传感器（差动变压器式传感器） 。 电感传感器 图2 螺管式差动变压器式传感器 图1 螺线管式电感传感器 电感传感器的分类 自感 自感系数常用L来表示，简称自感（或电感）。 线圈的自感与线圈的直径、长短、匝数等因 素有关。线圈面积越大、线圈越长、单位长 度匝数越密，它的自感就越大。 自感的单位是亨利,简称亨,符号是H。常用的 较小的单位有毫亨(mH)和微亨(μH)。 自感传感器的数值多为mH数量级。 4 电感传感器 Joseph Henry 美国科学家 3.1 自感传感器 电感传感器 电感传感器的基本工作原理演示 气隙减小，电感变大，电流变小 3.1 自感传感器 。 铁芯 测杆 a）变隙式 b）变截面式 电感传感器 绕组 自感传感器的常见类型 3.1 自感传感器 c）螺线管式 。 衔铁 （1）变隙式电感传感器 当铁心的气隙δ变大时，磁路的磁阻Rm也变大，线 圈的电感L及感抗XL变小，所以电流I变大。 当铁心闭合时， 气隙δ变小，磁阻变小，电感L变 大， 电流I减小。 气隙δ 电感传感器 3.1 自感传感器 7 N：线圈匝数 ， μ0 ：真空磁导率， S0 ：气隙磁通截面积 可见，自感L是气隙截面积S和长度δ的函数，即L＝f(S,δ)。 如果S保持不变，则L为δ的单值函数，其δ- L特性曲线如 图所示。 电感传感器 L ~ N μ0 S0 2δ 2 由磁路基本知识知，电感绕组的电感量为 （1）变隙式电感传感器 3.1 自感传感器 实际输 出特性 。 A （2）变截面式电感传感器 变截面式电感传感器的气隙δ固定不变，电感L是气 隙与固定铁心之间的有效投影截面积A的函数 L ~ N μ0 A 2δ 2 电感传感器 3.1 自感传感器 9 变截面式电感传感器的气隙δ固定不变，电感L是气 隙与固定铁心之间的有效投影截面积A的函数 实际输 出特性 L ~ N μ0 A 2δ 2 电感传感器 （2）变截面式电感传感器 线性区域较小，灵敏度较低 3.1 自感传感器 10 （3）螺线管式电感传感器 螺线管是具有多重卷绕的导线，卷绕内部可以是空 心的，或者有一个磁芯。当有电流通过导线时，螺 线管中间部位会产生比较均匀的磁场。 螺线管式电感传感器的主要元器件是一只螺线管和一 根可移动的圆柱形衔铁。 衔铁插入绕组后，将引起螺线管内部磁阻的减小，电 感随插入的深度而增大。 图1 空心螺线管 电感传感器 图2 螺线管式电感传感器 3.1 自感传感器 L 11 当衔铁偏离中间位置时，两个完全相同绕组的 电感一个增加,一个减小,形成差动形式。  单个绕组误差较大  非线性严重  干扰 绕组 ΔL = Δδ 电感传感器 绕组 （4）差动电感传感器 3.1 自感传感器 总的电感变化量为 12 当衔铁偏离中间位置时，两个完全相同绕组的 电感一个增加,一个减小,形成差动形式。 总的电感变化量为 差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、 电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁 ΔL = Δδ 电感传感器 承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差 （4）差动电感传感器 3.1 自感传感器 差接后 的特性 上绕组 特性 下绕组 特性 13 电感传感器的特点对比 • 变气隙型自感传感器：灵敏度高，但线性度差，行程短； • 变截面型自感传感器：线性度好，行程较大，但互换性差； • 螺线管型自感传感器：线性度好，行程较大，互换性 较好，但输出较小； • 差动式自感传感器： 灵敏度比单线圈传感器提高一倍， 非线性失真小。 14 电感传感器 3.1 自感传感器 电感传感器的测量转换电路 电感传感器的测量转换电路可采用电桥电路，将电 感变化量转换为电压或电流信号，以便送入放大器 进行放大，然后用仪表指示或者记录下来。 差动电感的变压器式电桥转换电路，如图所示。