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文档简介
4.3
电感式传感器
(InductanceTransducer)基于电磁感应原理,把被测量转化为电感量的一种装置。电感式传感器互感型(差动变压器式)按照变换方式的不同可分为:自感型(包括可变磁阻式与涡流式)电感式传感器自感型可变磁阻式涡流式互感型电感式传感器(2/20)由电工学可知,线圈自感量:
i—线圈中流过的电流。
—通过线圈的磁通量。ix123L0
1—线圈;2—铁心;3—衔铁式中:N—线圈匝数;可变磁阻式传感器由线圈、铁心和衔铁组成,在铁心与衔铁之间存在气隙。当线圈通以电流i时,产生磁通,其大小与电流成正比。1.自感型--可变磁阻式传感器根据磁路欧姆定律:由这两式得:电感式传感器(3/20)式中:
Rm
—磁路的总磁阻Rm=
RF
+
R
,其中RF为铁心与衔铁的磁阻,R为空气隙磁阻。电感式传感器(4/20)式中:l1、l2
—铁心和衔铁的导磁长度;
1、2
—铁心和衔铁的磁导率;
A1、A2
—铁心和衔铁的导磁截面积;
—气隙长度;
0
—空气磁导率,0=410-7H·m-1
;
A0
—气隙导磁截面积。若不考虑磁路的铁损,且空气隙较小时:一般,1和2远远大于0,即:RF
<<R
,因此,电感式传感器(5/20)自感L与气隙厚度成反比,与气隙导磁截面积A0成正比。结论:当固定A0,变化时,L与成非线性关系当固定,变化A0时,L与A0成非线性关系可变导磁面积式差动式可变气隙厚度式电感式传感器(6/20)(1)可变气隙厚度式电感传感器当固定A0,变化时,L与成非线性关系,传感器灵敏度为:为了减小非线性误差,/0≤0.1。变气隙长度式传感器适用于微小位移的测量,范围为0.001~1mm。传感器灵敏度与气隙长度的平方成反比。结论:电感式传感器(7/20)特点:线性,灵敏度低。~x(2)可变气隙面积式电感传感器当固定,变化A0时,L与A0成线性关系,传感器灵敏度为:(3)差动变气隙式电感传感器特点:提高灵敏度,改善线性特性。~x对于差动式传感器,当共用衔铁移动时,两线圈的间隙按0、0+变化,即一个线圈自感增加,另一个减小。电感式传感器(8/20)当金属板置于变化磁场中或在磁场中运动时,在金属板中产生感应电流,这种电流在金属板体内是闭合的,称为涡流。涡流的大小与金属板的电阻率、磁导率、厚度以及金属板与线圈距离、激励电流、角频率等参数有关。涡流式传感器分为高频反射式涡流传感器和低频透射式传感器。金属板ii12.自感型--涡流式传感器ML2L1usu2l电感式传感器(9/20)金属板置于线圈附近,相互间距为
。高频交变电流i-磁通—“旋涡状”闭合感应电流i1
(涡电流或涡流)—
交变磁通1—
反作用于线圈。根据楞次定律,涡流的交变磁场变化方向与线圈磁场变化方向相反,1总是抵抗的变化,从而导致原线圈等效阻抗发生变化。金属板ii11)高频反射式涡流传感器电感式传感器(10/20)2)低频透射式涡流传感器
L1和L2分别为发射线圈和接收线圈。
L1通低频(音频)交流电流。在L2中产生感应电压u2。金属板产生的涡流消耗了一部分磁场能量,使u2有所降低,板越厚,u2越低。ML2L1usu2l原线圈的等效阻抗Z变化:电感式传感器(11/20)电感式传感器(12/20)金属板置于线圈附近,相互间距为
。高频交变电流i-磁通—“旋涡状”闭合感应电流i1
(涡电流或涡流)—
交变磁通1—
反作用于线圈。根据楞次定律,涡流的交变磁场变化方向与线圈磁场变化方向相反,1总是抵抗的变化,从而导致原线圈等效阻抗发生变化。工作原理通常线圈尺寸、激励电流i及其频率一定,若金属板材料一定,变化可以用来测量位移、振动等参量。若一定,变化或可实现材质鉴别或无损探伤。等效阻抗的变化程度与线圈尺寸、距离、金属板电阻率和磁导率、线圈激励电流
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