文档介绍：变磁阻式传感器
差动变压器式传感器
电涡流式传感器
第8章机械位移传感器
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电感式传感器
利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化, 再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出, 这种装置称为电感式传感器电感式传感器具有结构简单, 工作可靠, 测量精度高, 零点稳定, 输出功率较大等一系列优点, 其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约, 传感器自身频率响应低, 不适用于快速动态测量。这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制, 在工业自动控制系统中被广泛采用。
电感式传感器种类很多, 本章主要介绍自感式、互感式和电涡流式三种传感器。
变磁阻式传感器
一、工作原理
变磁阻式传感器的结构如图 4 - 1 所示。它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成, 在铁芯和衔铁之间有气隙, 气隙厚度为δ, 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。
根据电感定义, 线圈中电感量可由下式确定:
L= (4 - 1)
式中: ——线圈总磁链;
I ——通过线圈的电流;
w——线圈的匝数;
Φ——穿过线圈的磁通。
由磁路欧姆定律, 得
式中: Rm——磁路总磁阻。对于变隙式传感器, 因为气隙很小, 所以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
Rm= (4 - 3)
式中: μ1——铁芯材料的导磁率;
μ2——衔铁材料的导磁率;
L1——磁通通过铁芯的长度;
L2——磁通通过衔铁的长度;
S1——铁芯的截面积;
S2——衔铁的截面积;
μ0——空气的导磁率;
S0——气隙的截面积;
δ——气隙的厚度。
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻, 即
则式(4 - 3)可近似为
Rm =
联立式(4 - 1)#, 式(4 - 2)及式(4 - 5), 可得
(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, 只要改变δ或S0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S0的传感器。使用最广泛的是变气隙厚度δ式电感传感器。
二、输出特性
设电感传感器初始气隙为δ0, 初始电感量为L0, 衔铁位移引起的气隙变化量为Δδ, 从式(4 - 6)可知L与δ之间是非线性关系, 特性曲线如图(4 -2)表示,初始电感量为
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L = L0+ΔL, 代入式(4 - 6)式并整理, 得
当Δδ/δ01时, 可将上式用台劳级数展开成级数形式为
L = L0+ΔL =
由上式可求得电感增量ΔL和相对增量ΔL/ L0的表达式, 即