第三章第三节电感式传感器

第三节电感式传感器1、电感式传感器

利用电磁感应原理将被测非电量（如位移、压力、流量、振动等）转换成线圈自感量L或互感量M的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出,这种装置称为电感式传感器。2、主要优缺点主要优点是具有结构简单，工作可靠，测量精度高，零点稳定，输出功率较大等一系列优点；

其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约,传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量。3、适用条件

这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,在工业自动控制系统中被广泛采用。

4、分类电感式传感器种类很多,本节主要介绍自感式（单磁路电感式）和互感式（差动变压器式）两种传感器。一、单磁路电感传感器

1、工作原理

它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。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。图3-1单磁路电感传感器1—线圈；2—铁芯（定铁芯）；3—衔铁（动铁芯）F220V实验：气隙变小，电感变大，电流变小F2、理论分析根据电感定义,线圈中电感量可由下式确定：式中W——线圈的匝数；

Rm——磁路的总磁阻（1/亨）；

Rm0、Rm1、Rm2——分别是空气隙、铁芯和衔铁的磁阻。（3-1）由于铁芯和衔铁的导磁系数远大于空气隙的导磁系数，所以，铁芯和衔铁的磁阻Rm1和Rm2可略去不计，故有（3-2）其中式中——空气隙有效导磁截面积，

——空气的导磁系数

——空气隙的磁路长度，式（3-2）表明，电感量与线圈匝数的平方成正比，与空气隙有效导磁截面积成正比，与空气隙的磁路长度成反比，因此，改变空气隙长度和空气隙截面积都能使电感量变化，从而可形成三种类型的单磁路电感传感器：（1）改变气隙厚度式（2）改变通磁气隙面积式（3）螺旋管式（可动铁芯式）：其实质是改变铁芯上的有效线圈数。二、差动变压器式电感传感器

将被测量的非电量转换为互感变化量的传感器称为互感式传感器。这种互感传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组都用差动形式连接，故称差动变压器式传感器，简称差动变压器。

在这种传感器中，一般将被测量的变化转换为变压器的互感变化，变压器初级线圈输入交流电压，次级线圈则互感应出电动势。

图3-2差动变压器原理图

1—初级线圈；21，22—次级两差动线圈；

3—线圈绝缘框架；4—活动衔铁1、工作原理当一次线圈加以适当频率的电压激励时，根据变压器的作用原理，在两个二次线圈中就会产生感应电动势，如果工艺上保证变压器结构完全对称，则当活动衔铁处于初始平衡位置时，必然会使两次级线圈的互感系数M1=M2。根据电磁感应原理，将有E21

=E22，则U2

=E21

−E22

=0，即差动变压器输出电压为0。当铁芯向右移动时，在右边二次线圈内穿过的磁通比左边二次线圈多些，所以互感也大些，感应电动势E21增加；另一个线圈的感应电动势E22随铁芯向右偏离中心位置而逐渐减小；反之，铁芯向左移动时，E21减小，E22增加。两个二次线圈的输出电压分别为U21和U22(空载时即为感应电动势E21，E22)，如果将二次线圈反向串联，则传感器的输出电压U2

=U21

−U22。当铁芯移动时，U2就随着铁芯位移x成线性增加，如果以适当方法测量U2，就可以得到与x成正比的线性读数。2、差动变压器式传感器优点（1）线性范围大（2）测量精度高（3）稳定性好（4）使用方便3、适用条件广泛应用于直线位移测量中，也可通过弹性元件把压力、重量等参数转换成位移的变化再进行测量。4、差动变压器式传感器的应用差动变压器式传感器可以直接用于位移测量,也可以测量与位移有关的任何机械量,如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。图3-3所示为差动变压器式加速度传感器的结构示意图。它由悬臂梁1