电感式传感器2-1课件

电感式传感器电磁感应

被测非电量自感系数L互感系数M测量电路U、I、f按电磁感应原理分为:

自感式和互感式按工作方式不同分为:

变磁阻式、变压器式、电涡流式等。各种电感式传感器非接触式位移传感器测厚传感器电感粗糙度仪接近式传感器主要特点:

1、结构简单，工作可靠，寿命长。2、灵敏度高、分辨率高，0.01um，3、精度高,线性好(非线性误差为0.05%~0.1%);4、性能稳定，重复性好。5、频率响应低，不适用高频动态信号测量。主要应用:位移、振动、加速度、压力、流量等。电感式传感器

电感传感器是利用自感或互感来实现测量的。§1变磁阻式电感传感器一、工作原理铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，

传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。§1变磁阻式电感传感器一、工作原理线圈中的电感L：

W：线圈匝数。RM：磁路的总磁阻

如空气隙较小，不考虑磁路的铁损，总磁阻为磁路中铁芯、气隙衔铁的磁阻之和：

输出特性L与δ之间是非线性关系，特性曲线如图。变隙式电压传感器的L-δ特性衔铁上移

1、变气隙厚度的电感式传感器，展开忽略高次项：动态测量范围：0.001~1mm灵敏度：忽略高次项：灵敏度：1、变气隙厚度的电感式传感器这种传感器的灵敏度高，非线性误差大当气隙δ变化时,Ｌ与δ为非线性变化关系,非线性度与Δδ／δ比值成正比,一般用于微小位移测量。为减小非线性度,可用由两个电感线圈组成差动结构。当一线圈也感增加时另一线圈电感减小,则输出为两者之差,因而灵敏度表示式中的偶次幂项消除,使非线性程度减小。差动传感器优点:输出特性为线性特性;缺点:灵敏低,它常用于角位移测量。2、变气隙面积的电感式传感器主要有压磁式传感器。原理:是铁磁材料的压磁效应,即当铁磁材料受到力作用时,在物体内部就产生应力,从而引起磁导率发生变化,称为铁磁材料的压磁效应。主要用于力的测量。3、变铁芯磁导率的电感式传感器§1变磁阻式电感传感器二、变磁阻式电感传感器等效电路Rc线圈的损耗电阻Re铁芯的涡流损耗电阻Rh磁滞损耗电阻线圈的固有电容线圈的阻抗Z为线圈电感L与损耗总电阻R（包括RcReRh)及电容C的组合，有二、变磁阻式电感传感器等效电路Q：品质因数Q值较大时，忽略1/Q2，有二、变磁阻式电感传感器等效电路传感器的有效灵敏度：有效电阻有效电感有效品质因数：当存在并联电容时，有效电阻及有效电感将增加，有效品质因数下降，传感器的有效灵敏度提高。

1.交流电桥式差动自感传感器：

2.变压器式交流电桥初始位置

衔铁下移

2.变压器式交流电桥输出电压幅值：

2.变压器式交流电桥可知，两者输出电压大小相等。由于供电是交流电，所以，输出电压在输入到指示器之前必须先进行整流、滤波。无相位鉴别整流时，输出电压特性曲线如图(a）所示。虚线为理想特性曲线，实线为实际特性曲线。在零点时的输出电压称做零点残余电压。

3.谐振式测量电路

谐振式调幅电路

4、相敏检波电路①衔铁中间位置

②衔铁上移

L1↑,L2↓正半周E+，F-EJGF：UG↓EKHF：UH

↑

EKGF：UG↓EJHF：UH

↑

负半周E-，F+所以：UG〈UH4、相敏检波电路③衔铁下移

L2↑,L1↓有：UG〉UH§1变磁阻式电感传感器四、影响传感器精度的因素分析因素很多，主要有：环境的影响

温度的变化、电源电压和频率的波动等

传感器本身固有的影响。

电感与位移的非线性，零位信号等§1变磁阻式电感传感器四、影响传感器精度的因素分析1、非线性特性的影响主要：电感与气隙厚度之间为非线性，改善：差动。限制铁芯的最大位移量，2、零点残余电压——零位误差§1变磁阻式电感传感器四、影响传感器精度的因素分析2、零点残余电压——零位误差

主要原因：差动结构的不完全对称。传感器具有铁损，即磁芯化曲线的非线性。电源电压中含有高次谐波线圈具有寄生电容，线圈与外壳、铁芯间有分布电容。危害：降低测量精度、易使放大器饱和§1变磁阻式电感传感器四、影响传感器精度的因素分析2、零点残余电压——零位误差

减小措施：减小电源中的谐波成分减小激磁电流，使之工作在磁化曲线的线性段在测量电桥中电位器，进行桥路平衡调整。§1变磁阻式电感传感器四、影响传感器精度的因素分析3、电源电压和频率波动的影响电源电压波动直接影响传感器的输出电压，引起铁芯磁感应强度和磁导率波动。从而引起铁芯磁阻发生变化。电源频率波动引起线圈感抗变化。§1变磁阻式电感传感器四、影响传感器精度的因素分析4、温度变化的影响引起几何尺寸变化，气隙的改变线圈电阻和铁芯磁导率的变化减小影响措施：材料的线膨胀系数合理匹配差动传感器设计时尽可能使各参数（电阻、电感、匝数等）和几何尺寸一致。§1变磁阻式电感传感器五、变磁阻式电感传感器的应用变隙电感式压力传感器结构图

变隙式差动电感压力传感器

五、变磁阻式电感传感器的应用电感测微仪探头测量电桥交流放大相敏检波指示器振荡器五、变磁阻式电感传感器的应用变气隙式电感测微仪动态测量范围：±1mm分辨率：1um精度：3%五、变磁阻式电感传感器的应用F电感压力传感器——变气隙式结构五、变磁阻式电感传感器的应用电感式油压传感器——液压传动的各种机械装置五、变磁阻式电感传感器的应用把被测量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，§2差动变压器式电感传感器

图差动变压器式传感器的结构示意图（a）、（b）变隙式差动变压器;§2差动变压器式电感传感器

图差动变压器式传感器的结构示意图（c）、（d）螺线管式差动变压器;§2差动变压器式电感传感器

图差动变压器式传感器的结构示意图（e）、（f）变面积式差动变压器

§2差动变压器式电感传感器

在非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动变压器，可以测量1～100mm机械位移，具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。§2差动变压器式电感传感器

一、螺线管式差动变压器1.工作原理

§2差动变压器式电感传感器

一、螺线管式差动变压器1.工作原理

差动变压器次级线圈S1与S2反极性串联§2差动变压器式电感传感器

图差动变压器输出电压的特性曲线

2.基本特性

差动变压器等效电路

2.基本特性

差动变压器等效电路M1M2

2.基本特性

差动变压器输出电压的有效值：（1）衔铁位于中间位置（2）当衔铁上移与E2a同相（3）当衔铁下移与E2b同相

2.基本特性

差动变压器输出电压的有效值：当初级线圈参数和激磁电压确定后，变压器输出由ΔM决定。在一定范围内，ΔM与铁芯位移近似成线性关系，差动变压器的线性范围约为骨架长度的1/10—1/4。激磁电压的频率影响传感器的灵敏度。灵敏度：当频率继续增加，由于趋附效应和铁损等损耗增加，反而使灵敏度下降。激磁电压频率一般在50Hz~10Kz差动变压器的输出是交流电压，若用交流电压表测量，只能反映衔铁位移的大小，不能反映移动的方向。另外，其测量值中将包含零点残余电压。为了达到能辨别移动方向和消除零点残余电压的目的，实际测量时，常常采用差动整流电路和相敏检波电路。

二、差动变压器的信号调节电路§2差动变压器式电感传感器

(1)差动整流电路

二、差动变压器的信号调节电路图差动整流电路（a）半波电压输出；（b）半波电流输出；（c）全波电压输出；（d）全波电流输出

(2)相敏检波电路

波形图（a）被测位移变化波形图;（b）差动变压器激磁电压波形;（c）差动变压