Xie_第三章(6)_电感式传感器

1、第第三三章章 传感传感器基本原理（器基本原理（5 5）电感式传感器电感式传感器内容提要： 电感式传感器概述 自感式传感器 差动变压器式传感器 电涡流式传感器 电感式传感器的应用1.1.电感式传感器概述电感式传感器概述l 利用电磁感应电磁感应原理，将被测的物理量（如位移、压力、流量、振动等）转换成线圈的自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，实现由非电量到电量转换的装置。l 种类种类： 自感式传感器自感式传感器：将非电量转换成自感系数变化自感系数变化 差动变压器式传感器差动变压器式传感器：将非电量转换成互感系数变化互感系数变化 电涡流式传感器电涡流式传感器：利用电

2、涡流效应电涡流效应将非电量转换成线圈的电感或阻抗变化电感或阻抗变化2.2.自感式传感器自感式传感器 由衔铁衔铁、铁芯铁芯和匝数为W的线圈线圈构成。 主要用来测量位移测量位移或可以转换成位移的被测量。磁阻磁阻R RM M包括铁芯、衔铁的磁阻和空气隙的磁阻，即铁磁材料各段的磁阻之和空气隙的磁阻空气隙的磁阻R R 为：则电感电感L L为：因为铁磁材料其磁阻与空气隙磁阻相比较小，计算时可忽略不计,传感器测量物理量时衔铁的运动部分产生位移，导致线圈的电感值发生变化，线圈的电感线圈的电感L L为：当线圈及铁芯一定时，W为常数，如果改变或S时，L值会引起相应变化。电感传感器利用这一原理做成。l 电感传感器是

3、一个带铁芯的可变电感，由于线圈的铜耗、铁芯的涡流损耗、磁滞损耗以及分布电容的影响，它并非呈现纯电感。自感式传感器的等效电路自感式传感器的等效电路l 等效电路中L为电感，Rc为铜损电阻，Re电涡流损耗电阻，磁滞损耗电阻Rh，C为传感器等效电路的等效电容。l 当电感传感器确定后，这些参数即为已知量。忽略分布电容且不考虑各种损耗时，电感传感器阻抗电感传感器阻抗Z Z为：当考虑并联分布电容时，阻抗阻抗Z Zs s为：考虑分布电容时，电感传感器的有效串联电阻和有效电感都增加了，而线圈的有效品质因数却减小，此时，电感传感器有效灵敏度灵敏度为：考虑分布电容后，电感传感器的灵敏度增加了。因此，必须根据测试时所

4、用电缆长度对传感器进行标定，或者相应调整并联电容。品质因数品质因数Q Q为：当电感传感器Q值高时，即1/Q21K =l 常见的自感式传感器 变间隙式 变面积式 螺管式自感式传感器的结构类型及特性自感式传感器的结构类型及特性l 变间隙式电感传感器 线圈电感与气隙长度的关系为非线性关系非线性关系，非线性度随气隙变化量的增大而增大，只有当很小时，忽略高次项的存在，可得近似的线性关系。所以，单边变间隙式电感传感器存在线性度要求与测量范围要求的矛盾。线圈电感的相对变化量电感的相对变化量为：若/0 1时，可认为管内磁感应强度为均匀分布。当xR时，传感器的灵敏度传感器的灵敏度为：差动变压器式传感器的特性几乎

5、完全是线性的，灵敏度不仅取决于磁系统的结构参数，同时取决于初、次级线圈的匝数比及激磁电源电压的大小，可通过改变匝数改变匝数比及提高电源电压提高电源电压的办法来提高灵敏度。4.4.电涡流式传感器电涡流式传感器l 电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，该电流的流线呈闭合回线，类似水涡形状，故称之为电涡流。电涡流式传感器是以电涡流效应电涡流效应为基础，由一个线圈和与线圈邻近的金属体组成。当线圈通入交变电流I时，在线圈的周围产生一交变磁场H1，处于该磁场中的金属体上产生感应电动势，并形成涡流。金属体上流动的电涡流也将产生相应的磁场H2， H2与H1方向相反，对线圈磁场H1起抵消

6、作用，从而引起线圈等效阻抗Z或等效电感L或品质因数相应变化。金属体上的电涡流越大，这些参数的变化亦越大。金属导体置于交变磁场中会产生电涡流，且该电涡流产生磁场的方向与原磁场方向相反的一种物理现象。l 采用电涡流式传感器并配用相应的测量线路，可得到与该被测量相对应的电信号(电压、电流或频率)输出。该方法常用来测量位移、金属体厚度、温度等参数，并可作探伤用。R1、L1线圈原有的电阻、电感；R2、L2电涡流等效短路环的电阻和电感；励磁电流的角频率；M线圈与金属体之间的互感系数；U电源电压5.5.电感式传感器的应用电感式传感器的应用l 液位测量衔铁随浮子运动反击出液位的变化，从而使差动变压器有一相应的电压输出。l 电涡流探伤电涡流探伤 在非坏性检测领域，电涡流传感器被用作有效的探伤技术，如用来测试金属材料的表面裂纹、热处理裂痕