成都信息工程（成都信工学院）：电子工业出版社《传感器与检测技术》教学资源（PPT课件）第3章 变阻抗式传感器原理与应用（3.1）自感式传感器

31自感式传感器 ·3.1.1工作原理 3.12变气隙式自感传感器 3.13变面积式自感传感器 ·3.1.4螺线管式自感传感器 3.1.5自感式传感器测量电路 3.1.6自感式传感器应用举例

3.1 自感式传感器 ⚫ 3.1.1 工作原理 ⚫ 3.1.2 变气隙式自感传感器 ⚫ 3.1.3 变面积式自感传感器 ⚫ 3.1.4 螺线管式自感传感器 ⚫ 3.1.5 自感式传感器测量电路 ⚫ 3.1.6 自感式传感器应用举例

3.1.1工作原理 wo w ψ——线圈总磁链,单位:韦伯 线圈自感=7==R 通过线圈的电流,单位:安培; 线圈的匝数 Ra磁路总磁阻,单位:1/亨 a)气隙型 b)截面型 )螺管型 自感式传感器原理图 上一页 下一页

3.1.1 工作原理 线圈自感 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。 a)气隙型 b)截面型 c)螺管型 自感式传感器原理图 返 回 上一页 下一页 R m W I W I L 2 =  =  =

Rn=∑14S+28/46 各段导磁体的长度; U;各段导磁体的磁导率 S 各段导磁体的截面积 δ—空气隙的厚度; 真空磁导率 S 空气隙截面积 L=N2∑(AS)+28/4S L=f(6,S) L=f(6)变气隙型传感器 L=f(S)变截面型传感器 线圈中放入圆形衔铁可变自感螺管型传感器。 上一页 下一页

L = N (l S )+ S i i i 0 2 / /  2 /  R l S S m i i i 0 =  / + 2 /  l i ——各段导磁体的长度； U i——各段导磁体的磁导率； S i ——各段导磁体的截面积； δ ——空气隙的厚度； U0 ——真空磁导率 S ——空气隙截面积 L = f ( ,S) L f (S) = 2 ( ) 1 L = f 变气隙型传感器 变截面型传感器 线圈中放入圆形衔铁 可变自感 螺管型传感器。 返 回 上一页 下一页

3.1.2变气隙式自感传感器 26 R As A2s, loso 通常气隙的磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻 2δ、l2 267 10S02S 10S01S1 2 R W2W2SL与δ之间是非线性关系 R 2 上一页 下一页

3.1.2 变气隙式自感传感器 2 2 0 0 2 1 1 1 2 s s l s l R m     = + + 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 R m      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 十△ W2 080 2 0 -△85+△6 当衔铁上移△δ时,则L=L0+△=6-△6, 代入式(3.1.6)式并整理得 W L=L+△L 2(0-△) △δ 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 ， 代入式（3.1.6）式并整理得 0 0 0 0 0 2 0 1 2( )       − = −  = +  = W s L L L L L = L0 + L  =  0 − 返 回 上一页 下一页

△/6《上式用泰勒级数展开成如下的级数形式 △△δ L=L0+ML=L01++ △6 △6△o △L=L 1++ △L△δ,△6△δ 同理,当衔铁随被测物体的初始位置向下移动时,有 A6.△6△δ △δ △L=L △L。△6,△△δ L。。6。( 上一页 下一页

 /  0 1 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         +          −          +  −   =  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 返 回 上一页 下一页

对式(3.1.11)(3.1.13)作线性处理,即忽略高次项后可得 △L△6 灵敏度为 △L/L △6 变间隙式自感传感器的测量范围与灵敏度及线性度是相矛盾的, 因此变隙式自感式传感器适用于测量微小位移场合 为了减小非线形误差,实际中广泛采用差动变隙式电感传感器 上一页 下一页

对式（3.1.11）（3.1.13）作线性处理，即忽略高次项后可得 0  0  =  L L 灵敏度为 0 0 0 / 1   =   = L L k 变间隙式自感传感器的测量范围与灵敏度及线性度是相矛盾的， 因此变隙式自感式传感器适用于测量微小位移场合。 为了减小非线形误差，实际中广泛采用差动变隙式电感传感器 返 回 上一页 下一页

差动变隙式电感传感器 R 1-铁芯; U 2-线圈; 3-衔铁 当衔铁向上移动时,两个线圈的电感变化量△L1、△L △6 △6 △L=△L1+△L2=2V0 1+ 上一页 下一页

差动变隙式电感传感器 1-铁芯； 2-线圈； 3-衔铁         +          +          +   =  +  =  4 0 2 0 0 1 2 2 0 1       L L L L 当衔铁向上移动时，两个线圈的电感变化量ΔL1、ΔL2 返 回 上一页 下一页

对上式进行线性处理,即忽略高次项得 N△δ 灵敏度k为 △L/L 2 △6 1)差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈式传感器的两倍 2)单线圈是忽略 以上高次项,差动式是忽略△以上高次项, 因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。 上一页 下一页

对上式进行线性处理，即忽略高次项得 0 0 2   =  L L 灵敏度k0为 0 0 0 / 2   =   = L L k （1）差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈式传感器的两倍。 （2）单线圈是忽略 以上高次项，差动式是忽略 以上高次项， 因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。 2 0            3 0            返 回 上一页 下一页

3.1.3变面积式自感传感器 ·传感器气隙长度保持不变,令磁通截面积随被测非电 量而变,设铁芯材料和衔铁材料的磁导率相同,则此 变面积自感传感器自感L为 W24 1-1s=K Hlos Hou s 灵敏度 K ds 变面积式自感传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下, 输入与输出呈线性关系;因此可望得到较大的线性范围。 但是与变气隙式自感传感器相比,其灵敏度降低 上一页 下一页

3.1.3 变面积式自感传感器 ⚫ 传感器气隙长度保持不变，令磁通截面积随被测非电 量而变，设铁芯材料和衔铁材料的磁导率相同，则此 变面积自感传感器自感L为 s K s l l W s l s l W L r r =  − = + =        / 0 2 0 0 2 灵敏度 K ds dL k = =  0 变面积式自感传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下， 输入与输出呈线性关系；因此可望得到较大的线性范围。 但是与变气隙式自感传感器相比，其灵敏度降低。 返 回 上一页 下一页