传感器应用技术 课件 知识点：4.1自感式传感器及应用-

传感器应用技术项目四

基于电感式传感器接近式开关的设计与制作自感式传感器及应用自感式传感器电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置。利用电感式传感器，能对位移、压力、振动、应变、流量等参数进行测量。电感式传感器具有结构简单、灵敏度高、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强及测量精度高等一系列优点，因此在机电控制系统中得到广泛的应用。电感式传感器缺点是响应较慢,不宜于快速动态测量,而且传感器的分辨率与测量范围有关，测量范围大,分辨率低，反之则高。电感传感器包括自感式传感器、互感式传感器、电涡流式传感器。自感式传感器自感式传感器的工作原理自感式传感器式将被测量的变化转变成线圈自感的变化的传感器。电感传感器主要由线圈、铁芯和衔铁所组成，铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成。根据电磁感应原理，当匝数为的N线圈中通以电流I时，就有该电流所产生的磁通量通过线圈，若通过每一圈的磁通量都是

，则有式中，L为线圈的自感系数。自感式传感器又根据磁路欧姆定律：自感式传感器改变任意一段磁路的几何参数或磁导率，均可使线圈自感系数发生变化。据此，自感式传感器又可进一步分为：气隙厚度可变的变隙式；磁通面积可变的变截面式；以及利用衔铁在螺管线圈中伸入长度的变化来改变线圈自感系数的螺管式电感传感器。衔铁移动磁路中气隙磁阻变化线圈的电感值变化自感式传感器1.变气隙式自感传感器自感式传感器通常，空气隙的厚度是比较小的（一般为0.1-1mm），因此可以认为气隙磁场是均匀的，若忽略磁路铁损，则磁路总磁阻为：变气隙型电感传感器结构原理自感式传感器设铁芯和衔铁的横截面积相同，且因气隙较小，可以认为气隙磁路的磁通面积与铁芯相同（即

）；若铁芯与衔铁采用同一种导磁材料（其相对磁导率为

），且磁路总长为

，则由式（4-5）可得自感式传感器对于变气隙型结构，其磁通面积为定值，又因线圈匝数也固定，所以为一常数。由式（4-7）可以看出，总线圈式变气隙型电感传感器的电感与气隙之间的对应关系是非线性的，其输出特性曲线如图-2所示。图-2单线圈式变气隙电感传感器的输出特性图-1变气隙型电感传感器结构原理自感式传感器变气隙型电感传感器的最大优点是灵敏度高，其主要缺点是线性范围小、自由行程小、制造装配困难、互换性差，因而限制了它的应用。图4-3差动式变气隙型电感传感器变截面型电感传感器是通过导磁截面积的变化而使电感变化的，其结构也有单线圈式（图4-4）和差动式（图4-5）两种形式。自感式传感器2.变截面型自感传感器自感式传感器图4-5所示的差动式变截面型电感传感器制成圆筒形，铁芯由上下磁环1组成，上、下线圈2也制成环形，磁芯（衔铁）3插入其中。上、下线圈通电时在中段气隙部分产生的磁通，由于方向相反而基本抵消。若忽略导体部分的磁阻，则线圈电感为自感式传感器式（4-14）表明，这类传感器输入量

与输出量

之间是有良好的线性关系。因此变截面型电感传感器由于具有较好的线性，因而测量范围可取大些；其自由行程可按需要安排，制造装配方便；其缺点是灵敏度较低。螺管型电感传感器的结构形式也可以分为单线圈式和差动式，图4-6为这两种形式的结构示意图。自感式传感器3.螺管型自感传感器自感式传感器自感式传感器的应用

在机床行业，自感式传感器得到广泛的应用。常用于位移，尺寸，压力力矩的测量，在计数，应变，流量，比重，金属定位以及无损探伤上也有很多应用。自感式传感器

自感式传感器