文档介绍：电感式传感器电感式传感器电感式传感器应用的理论基础是电磁感应,即利用线圈电感或互感的改变来实现非电量测量。依据电磁感应的原理,把被测物理量变化转换为自感系数L或互感系数M的变换。前者称为自感式传感器,后者称为互感式传感器或变压器式传感器。电感式传感器具有结构简单可靠、分辨率高、零点漂移小、线性度好、性能稳定、抗冲击等优点。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。在工业自动化中,广泛应用于位移、压力、流量等方面的测量。电感式传感器的测量过程如图3-1所示。图3-1 电感式传感器的测量过程电感式传感器的种类很多,根据工作原理的不同,可分为变磁阻式、变气隙式(自感式),变压器式和涡流式(互感式)等种类。:磁阻式传感器:M. Faraday在其提出的电磁感应定律(1831年)指出,当一个线圈中电流i变化时,该电流产生的磁通量Φ也随之变化,因而在线圈绕组产生感应电势e,这种现象称为自感,产生的感应电势称为自感电势。变磁阻式传感器属于自感式传感器。-2所示,这种形式的电感传感器也称为变气隙式电感传感器。它由线圈、铁芯和衔铁3部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或其他合金制成,在铁芯和衔铁之间有气隙,气隙厚度为δ,被测部件与衔铁相连。当被测部件移动时,就引起衔铁移动,气隙厚度δ随之发生改变,引起磁路中磁阻的变化,从而导致电感线圈的电感值变化,因此只要能测出电感量的变化,就能确定衔铁位移量的大小和方向,也就实现了对被测部件的测量。图3-2 变磁阻式传感器的结构1—线圈;2—铁芯(定铁芯);3—衔铁(动铁芯)线圈中电感量可由下式确定:式中:Ψ为线圈总磁链;I为通过线圈的电流;W为线圈的匝数;Φ为穿过线圈的磁通。根据磁路欧姆定律得对于磁阻式传感器,因为气隙δ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10 0 1 120 0 2 222lS SlS S?? ??? ????????(3-1)(3-2)(3-3)则式(3-3)可写为m0 02RS???(3-4)联立式(3-1)、式(3-2)及式(3-4),可得220 0m2W SWLR??? ?(3-5)2. 特性分析20 0002S WL???(3-6)图3-3 变隙式电压传感器的L-δ特性20 0 0002( )1W S LL??? ??? ?????当01? ??时,可将上式用泰勒级数展开,即2 300 0 01L L? ??? ??? ?? ???? ??? ?? ????? ???? ?? ???? ??200 0 01L L? ??? ??? ?? ?? ??? ?? ? ???? ?? ?? ?? ??(3-7)2 300 0 0 01L L? ???? ???? ?? ???? ???? ?? ? ????? ???? ?? ???? ??(3-8)对式(3-7)、式(3-8)作线性化处理,即忽略高次项后,可得0 0LL??? ??灵敏度定义为单位气隙变化引起的电感量相对变化,即001L LK? ??? ??2 300 0 0 011L LK? ??? ????? ?? ????? ??? ??