《传感原理与检测技术》课程教学课件（PPT讲稿）第3章 电感式传感器

第3章电感式传感器基于电磁感应原理利用线圈自感或互感变化实现非电量测量的一种装置测量：位移、振动、压力、应变、流量、密度。自感式传感器差动变压器电感式传感器电涡流式传感器2009年9月ZUST阮spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 1 第3章 电感式传感器 基于电磁感应原理,利用线圈自感或互感 变化实现非电量测量的一种装置. 测量: 位移、振动、压力、应变、流量、密度。 电感式传感器 自感式传感器 差动变压器 电涡流式传感器

83.1电感式传感器气隙型，螺管型83.1.1气隙型电感式传感器L=f(S)L-f(8)6/2S,8AS8/2(b)(C)a图3-1气型电感式传感器(a）变隙式：(b）变截面式：(c）特性曲线2009年9月ZUST阮spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 2 §3 .1 电感式传感器 气隙型，螺管型 §3 .1 .1 气隙型电感式传感器

1.工作原理线圈电感L为：L=W? / R,5/2W：线圈匝数ASRm:磁路总磁阻。(a)当气隙很小，并忽略磁路铁损时：S1RmmMS,uS,oS式中，11.12铁芯、衔铁磁路长度；11、u2一铁芯、衔铁的磁导率；S1、S2铁芯、衔铁的横截面积；8一空气隙总长度：uo一真空磁导率，Ho=4元×10-7H/m；S一气横截面积

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 3 线圈电感 L 为： L W Rm / 2 = W：线圈匝数， Rm:磁路总磁阻。 当气隙很小，并忽略磁路铁损时： S S l S l Rm 2 2 0 2 1 1 1     = + + 1.工作原理

线圈的电感可表示为：W28LNRmμS2uSuos: μi, >> oLW?μos:. L =SS当气隙长度8或截面积S变化时，都盒引起电感量L的变化ST阮spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 4 线圈的电感可表示为： /( ) 2 2 0 2 1 1 2 1 2 S S l S l W R W L m     = = + + 1 2 0  ,    W  S L 0 2  =  L 当气隙长度δ或截面积S变化时，都 会引起电感量L的变化

2.特性分析W,LS12l 江R. =μS,μS,μos6/21AS当μ,=μ2=μrμo, S,=S,=S时:(a)1-111 +(μr -1)R..+)=二mMosLoSurur1 1 +SμR.一般μ>>1,8很小;oesMosuroSW2W21L=K(K:常数)RS+ hyt,院 spuan@1+ l / μr2009年9月5m

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 5 2.特性分析 S S l S l Rm 2 2 0 2 1 1 1     = + + 当μ1= μ2= μr μ0 , S1=S2=S 时: r r r m l S l S R         1 ( 1) ( ) 1 0 0 + − + = − = 一般 μr>>1, δ很小; S l l S R e r r m       0 0 1 = +  r m r l K l SW R W L      / 1 / 2 0 2 + = + = = (K:常数)

如工作时,气隙长度：S→S-△SL→>L+△L则电感量：1L=KS + l / μr1L +L = KS-△S+l / μAS△L, = K(S-△S +l / μur)(S +l / μur)相对电感变化1As1AS1△L,△S[1 +2+...L8 1+l/8μ8 1+l/8μ8 1+l/8μ2009年9月6ZUST阮spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 6 如工作时,气隙长度:  → − 则电感量: L →L+L l r L K  /  1 + = l r L L K   /  1 −  + +  = ( / )( / ) 1 l r l r L K       −  + +   = 相对电感变化: ) .] 1 / 1 ( 1 / 1 [1 1 / 1 1 2 + +  + +  + +  =  L l r l r l r L            

S→S+A0如果气隙长度增加：AL2ASASA0[1)2-...L 1+l/ μr8 1+l/8μ8 1+l/Su忽略高次项后：电感变化灵敏度1ALASKr=ASS 1+l/Su线性度：1ASSt×100%8 1+l/Su2009年9月7ZUST阮spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 7 如果气隙长度增加: ) .] 1 / 1 ( 1 / 1 [1 1 / 2 1 2 − +  + +  − +  = −  L l r l r l r L             → + 忽略高次项后:电感变化灵敏度: r L l L K      1 / 1 +  =   = 线性度: 100% 1 / 1  +  = r L  l    

（1）当气隙发生变化时，电感的变化与气隙L变化呈非线性关系，其非线性程度随气隙相对变化A8/的增大而增加：AI（2）气隙减小△所引起的电感变化△L与气隙增加同样所引起的电感变化L2并不相AL,等>2其差值随8/的增加而增大880088-02009年9月ZUST阮spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 8

差动变隙式电感传感器及其特性线圈2L.uLyu,Lu电感L8.12u.=u,-u,IaAS00.10.20.30.40.5mm8./2u气院电感LAOOuo-线圈1(a)(b)(c)ALL1电感变化灵敏度为2KL8Ao1+1/8uE21线性度为OX 100%o1+1/8μr2009年9月9ZUST阮 spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 9

83.1.4测量电路Z(Z,Z4 -Z,Z,)E0 = Z,(2 + 2,X2,+2)+2z,(2,+2)+2,2(2 +2.)若桥臂阻抗的相对变化量为AZ, / Z1,△Z, / Z2,△Z, / Z3,AZ4 / ZZ且 △Z,<<Z, U。α℃ 8zAZ图3-7交流电桥△Z,Z,AZ十SzZ4ZZ2Z，可选单臂工作,双臂工作(差分)！102009年9月ZUST阮spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 10 ( )( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 3 4 1 2 3 4 3 4 1 2 1 4 2 3 0 Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z E U L L + + + + + + − = 若桥臂阻抗的相对变化量为: 1 1 2 2 3 3 4 4 Z / Z ,Z / Z ,Z / Z ,Z / Z 且 , Zi  Zi U Z   0 4 4 3 3 2 2 1 1 Z Z Z Z Z Z Z Z Z  +  −  −   = 可选单臂工作,双臂工作(差分)! §3.1.4测量电路