《传感器与检测技术》课程教学课件（PPT讲稿）第五章 电感式传感器原理与应用 5.1 自感式传感器

第五章电感式传感器原理与应用 通过被测量改变感抗。感抗通过电感改变。 本章介绍：自感式传感器 差动变压器 电涡流传感器 电感传感器的应用

第五章 电感式传感器原理与应用 通过被测量改变感抗。感抗通过电感改变。 本章介绍：自感式传感器 差动变压器 电涡流传感器 电感传感器的应用

5.1自感式传感器 5.1.1工作原理 5.1.2变气隙式自感传感器 5.1.3变面积式自感传感器 5.1.4螺线管式自感传感器 5.1.5自感式传感器测量电路 5.1.6 自感式传感器应用举例

5.1 自感式传感器 5.1.1 工作原理 5.1.2 变气隙式自感传感器 5.1.3 变面积式自感传感器 5.1.4 螺线管式自感传感器 5.1.5 自感式传感器测量电路 5.1.6 自感式传感器应用举例

5.1.1工作原理 磁路定理： 截面积为S、长为1、磁导率为的铁环上，绕 线圈W匝，设线圈中通过的电流为I,根据安培环 路定理 fHdl=∑l H.I=W.I Φ=BS=HS=L7 WI S- S

磁路定理：  H dl = I H l =W I S l WI S l WI BS HS   = =  =  = 5.1.1 工作原理 截面积为S、长为l、磁导率为μ的铁环上，绕 线圈W匝，设线圈中通过的电流为I，根据安培环 路定理:

与电路中的欧姆定律比较： R 1 WIWI 1 磁路欧姆定律 S 自感传感器的工作原理是把被测量转换为自 感L的变化。 W体 线圈自感： 线圈总磁链，单位：韦伯；—通过线圈的电流，单位：安培； 线圈的匝数； Rm 磁路总磁阻，单位：1/亨

与电路中的欧姆定律比较： S R l I    = = m m m R F R WI S l WI  = = =  磁路欧姆定律 自感传感器的工作原理是把被测量转换为自 感L的变化。 线圈自感: R m W I W I L 2 =  =  = Ψ——线圈总磁链,单位：韦伯；I——通过线圈的电流，单位：安培； W——线圈的匝数； Rm——磁路总磁阻，单位：1/亨

出H出H出田 出出出出出田 a)气隙型 b)截面型 c)螺线管型 自感式传感器原理图 对a)图：Rn= I,14,S,+2δ14S l 各段导磁体的长度；4 各段导磁体的磁导率H/m; S —各段导磁体的截面积；δ一 空气隙的厚度； 40 真空磁导率4π×10-7；S 空气隙截面积 返回 上一页 下一页

a)气隙型 b)截面型 c)螺线管型 自感式传感器原理图 返 回 上一页 下一页 R l S S n i m i i i 0 1 =  /  + 2 /  = li ——各段导磁体的长度； μi ——各段导磁体的磁导率H/m； Si ——各段导磁体的截面积； δ ——空气隙的厚度； μ0 ——真空磁导率4π×10-7； S ——空气隙截面积 对(a)图：

w2 L= 26 HoS 铁芯结构和材料确定后 -心任 变气隙型传感器 变截面型传感器 线圈中放入圆柱形衔铁，衔铁上下移动时，可 改变自感，构成螺线管式自感传感器。 返同 上一页 下一页

L = f ( ,S ) L f (S ) = 2 ( ) 1 L = f 变气隙型传感器 变截面型传感器 线圈中放入圆柱形衔铁，衔铁上下移动时，可 改变自感，构成螺线管式自感传感器。 返 回 上一页 下一页 = + = n i i i i S S l W L 1 0 2 2    铁芯结构和材料确定后

5.1.2变气隙式自感传感器 Rm= + 26 4S1 42S2 4S0 通常气隙的磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻. 28 2 26 26 >> >> HoSo 42S2 4S0 uS HoSo w2 L W24S0 Rin 26 L与6之间是非线性关系 返回 上一页 下一页

5.1.2 变气隙式自感传感器 2 2 0 0 2 1 1 1 2 S S l S l Rm     = + + 通常气隙的磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻. 1 1 1 0 0 2 S l  S    2 2 2 0 0 2 S l  S    0 0 2 S Rm      2 0 0 2 2 W S R W L m = = ── L与δ之间是非线性关系 返 回 上一页 下一页

L 当衔铁处于初始位 置时，初始电感量为： Lo+AL Lo Lo-AL W24S0 26 ⊙-△8.6,8，十A80 当衔铁上移△δ时，则， L=L+△L,6=6。-△δ 代入L的表达式并整理得： L=L+△L= W24S0 Lo 2(6-△δ) 1- △6 d 返回 上一页 下一页

当衔铁处于初始位 置时，初始电感量为: 0 0 0 2 0 2 W  S L = 当衔铁上移Δδ时，则 ， 0 0 0 0 0 2 0 1 2( )       − = −  = +  = W S L L L L L = L + L， =  0 − 0 返 回 上一页 下一页 代入L的表达式并整理得:

L=L+△L= △6 1- 8o 上式用泰勒级数展开成如下的级数形式： △6 △6 L=L,+△L=Lo 1+ d AL=Lo △δ △6 △d 1+ d ⊙ a △L △6 △6 1+ 十· L d 可 o (3.1.11) 返回 上一页 下一页

上式用泰勒级数展开成如下的级数形式:         +          +  = +  = + 2 0 0 0 0 1     L L L L         +          +  +   = 2 0 0 0 0 1       L L         +          +  +  =  2 0 0 0 0 1       L L 返 回 上一页 下一页0 0 0 1   − = +  = L L L L (3.1.11)

同理，当衔铁随被测物体的初始位置向下移 动时，有： L=L-△L, 6=6,+△6 L=L△L= W24S6 2(6,+△6) △6 1+ δ0 AL=Lo △6 1- △6 △6 △6 d d 60 L △6 1- AS (3.1.13) Lo 5o

        +          −          +  −   = 3 0 2 0 0 0 0 1         L L         +          −          +  −  =  3 0 2 0 0 0 0 0 1         L L 同理，当衔铁随被测物体的初始位置向下移 动时，有： L = L0 -L， =  0 +  0 0 0 0 0 2 0 1 2( ) -       + = +  =  = W S L L L L (3.1.13)