电感式传感器.ppt
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第第44章章电感式传感器电感式传感器概述概述概述概述第第第第4444章章章章电感式传感器电感式传感器电感式传感器电感式传感器各种电感式传感器各种电感式传感器非接触式位移传感器非接触式位移传感器测厚传感器测厚传感器电电感感粗粗糙糙度度仪仪接近式传感器接近式传感器电感式传感器示例电感式传感器示例电感式传感器示例电感式传感器示例概述概述概述概述第第第第4444章章章章电感式传感器电感式传感器电感式传感器电感式传感器电感式传感器示例电感式传感器示例电感式传感器示例电感式传感器示例概述概述概述概述第第第第4444章章章章电感式传感器电感式传感器电感式传感器电感式传感器电电感感式式传传感感器器是是一一种种机机电电转转换换装装置置，特别是在自动控制设备中广泛应用。
特别是在自动控制设备中广泛应用。
电电感感式式传传感感器器利利用用电电磁磁感感应应定定律律将将被测非电量转换为电感或互感的变化。
被测非电量转换为电感或互感的变化。
概述概述概述概述第第第第4444章章章章电感式传感器电感式传感器电感式传感器电感式传感器感测量感测量：
位移、振动、压力、应变、流量、比重等。
位移、振动、压力、应变、流量、比重等。
位移、振动、压力、应变、流量、比重等。
位移、振动、压力、应变、流量、比重等。
电感式传感器电感式传感器电磁电磁电磁电磁感应感应感应感应被测非电量被测非电量被测非电量被测非电量自感系数自感系数自感系数自感系数LLLL互感系数互感系数互感系数互感系数MMMM测量测量测量测量电路电路电路电路UUUU、IIII、ffff自感式传感器自感式传感器互感式传感器互感式传感器电涡流式传感器电涡流式传感器种类：
种类：
根据转换原理，分自感式和互感式两种；根据转换原理，分自感式和互感式两种；根据结构型式，分气隙型和螺管型。
根据结构型式，分气隙型和螺管型。
概述概述概述概述第第第第4444章章章章电感式传感器电感式传感器电感式传感器电感式传感器优点：
优点：
不足：
不足：
不足：
不足：
存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。
存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。
存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。
存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。
重复性好，线性度优良重复性好，线性度优良重复性好，线性度优良重复性好，线性度优良在几十在几十在几十在几十mm到数百到数百到数百到数百mmmm的位移范围内，输出特性的线性的位移范围内，输出特性的线性的位移范围内，输出特性的线性的位移范围内，输出特性的线性度较好，且比较稳定。
度较好，且比较稳定。
度较好，且比较稳定。
度较好，且比较稳定。
结构简单、可靠，测量力小结构简单、可靠，测量力小结构简单、可靠，测量力小结构简单、可靠，测量力小衔铁为衔铁为衔铁为衔铁为（0.5（0.5200）10200）10-4-4NN时，磁吸力为时，磁吸力为时，磁吸力为时，磁吸力为（110）10（110）10-4-4NN。
分辨力高分辨力高分辨力高分辨力高机械位移：
机械位移：
机械位移：
机械位移：
0.1m0.1m，甚至更小；角位移：
，甚至更小；角位移：
，甚至更小；角位移：
，甚至更小；角位移：
0.10.1角秒。
角秒。
角秒。
角秒。
输出信号强，电压灵敏度可达数百输出信号强，电压灵敏度可达数百输出信号强，电压灵敏度可达数百输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mmmV/mm。
电感式传感器电感式传感器电感式传感器电感式传感器4.14.1自感式传感器自感式传感器4.24.2差动式变压器差动式变压器4.34.3电涡流式传感器电涡流式传感器应用实例应用实例第第第第4444章章章章电感式传感器电感式传感器电感式传感器电感式传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器螺管型电感传感器螺管型电感传感器电感线圈的等效电路电感线圈的等效电路测量电路测量电路第第第第4444章章章章电感式传感器电感式传感器电感式传感器电感式传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器第第第第4444章章章章电感式传感器电感式传感器电感式传感器电感式传感器实验：
实验：
气隙变小，电感变大，电流变小气隙变小，电感变大，电流变小气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器线圈电感：
线圈电感：
N-线圈匝数线圈匝数Rm-磁路总磁阻磁路总磁阻线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器Rm-磁路总磁阻：
磁路总磁阻：
气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器Rm-磁路总磁阻：
磁路总磁阻：
气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器线圈电感：
线圈电感：
N-线圈匝数气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁线圈电感：
线圈电感：
N-线圈匝数如果如果SS保持不变，则保持不变，则L为为l的单值函数，构成的单值函数，构成变变气隙式气隙式自感传感器自感传感器.若保持若保持l不变，使不变，使S随被测量（如位移）变化，则随被测量（如位移）变化，则构成构成变截面式变截面式自感传感器，自感传感器，气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器L=f（S）L=f（l）ll，SSSSLL电感传感器特性电感传感器特性气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器特性分析特性分析特性分析特性分析（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）自感系数：
自感系数：
令：
令：
11=22；SS11=SS22=SS。
设。
设磁路总长为磁路总长为，气隙长度为，气隙长度为，由上式可见，当气隙长度由上式可见，当气隙长度减少减少时会导致自感系数时会导致自感系数LL增加增加LL11；而当气隙长度而当气隙长度增大增大同样的同样的时会导致自感系数时会导致自感系数LL减小减小LL22：
于是于是磁路总磁阻磁路总磁阻为：
为：
r为导磁体相对磁导率为导磁体相对磁导率气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器特性分析特性分析特性分析特性分析（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）当当气气隙隙l发发生生变变化化时时，自自感感的的变变化化与与气气隙隙变变化化均均呈呈非非线线性性关关系系，其其非非线线性性程程度度随随气气隙隙相相对对变变化化l/l的的增增大大而而增增加；加；气隙减少气隙减少l所引起的自感变化所引起的自感变化L1与气隙增加同样与气隙增加同样l所引起的自感变化所引起的自感变化L2并不相等，即并不相等，即L1L2，其差值其差值随随l/l的增加而增大。
的增加而增大。
lLL0l0L1L2气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器特性分析特性分析特性分析特性分析（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）lLL0l0L1L2传感器灵敏度：
传感器灵敏度：
线性度：
线性度：
由由于于转转换换原原理理的的非非线线性性，以以及及正正反反方方向向移移动动时时电电感感变变化化量量的的不不对对称称性性，因因此此，为为了了保保证证精精度度，变变间间隙隙式式传传感感器器只只能能工工作作在在一一个个很很小小的的区区域域，因因而而只能用于微小位移的测量。
只能用于微小位移的测量。
差动式气隙型电感传感器差动式气隙型电感传感器差动式气隙型电感传感器差动式气隙型电感传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器在在实实际际使使用用中中，常常采采用用两两个个相相同同的的传传感感线线圈圈共共用用一一个个衔衔铁铁，构构成成差差动动式式自自感感传传感感器器，两两个个线线圈圈的的电电气气参参数数和和几几何何尺尺寸寸要要求求完完全全相相同同。
这这种种结结构构除除了了可可以以改改善善线线性性、提提高高灵灵敏敏度度外外，对对温温度度变变化化、电电源源频频率率变变化化等等的的影影响响也也可可以以进进行行补补偿偿，从从而而减减少少了了外界影响造成的误差。
外界影响造成的误差。
差动式电感传感器差动式电感传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器下下下下图图图图是是是是变变变变气气气气隙隙隙隙型型型型、螺螺螺螺管管管管型型型型的的的的差差差差动动动动式式式式自自自自感感感感传传传传感感感感器器器器的的的的结结结结构构构构示示示示意意意意图图图图。
当当当当衔衔衔衔铁铁铁铁3333移移移移动动动动时时时时，一一一一个个个个线线线线圈圈圈圈的的的的电电电电感感感感量量量量增增增增加加加加，另一个线圈的电感量减少，形成差动形式。
另一个线圈的电感量减少，形成差动形式。
另一个线圈的电感量减少，形成差动形式。
另一个线圈的电感量减少，形成差动形式。
图图图图4-44-44-44-4差动式自感传感器差动式自感传感器差动式自感传感器差动式自感传感器1-1-1-1-线圈线圈线圈线圈2-2-2-2-铁芯铁芯铁芯铁芯3-3-3-3-衔铁衔铁衔铁衔铁4-4-4-4-导杆导杆导杆导杆（aaaa）变气隙型变气隙型变气隙型变气隙型33114411223344（bbbb）螺管型螺管型螺管型螺管型气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器特性分析特性分析特性分析特性分析（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器特性分析特性分析特性分析特性分析（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器气隙型电感传感器4.14.14.14.1自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器特性分析特性分析特性分析特性分析（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）（对于变气
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