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4.2 电感式传感器 工作原理 1）利用电磁感应现象把被测量如：位移、振 动、压力、流量、重量、力矩等各种非电量的变化 转换成线圈的自感或互感的变化； 2）测量电路把线圈的自感或互感的变化转化 为电压或电流的变化量进行输出，实现非电量到电 量的转换。 电感式传感器主要类型 1）自感式传感器 2）差动变压器式传感器 3）电涡流式传感器 电感式传感器的主要特点 1）结构简单，无活动电触点，工作可靠、寿 命长； 2）灵敏度和分辨率高，能测出0.01um位移变化 传感器的输出信号强，电压灵敏度一般为每 毫米的位移可达几百毫伏的输出； 电感式传感器的主要特点 3）线性度和重复性好，一定位移范围内(几十 至几毫米)，非线性误差可做到0.05%-0.1%，稳定性 也好。 能实现信息的远距离传输、控制，在工业自 动化生产中被广泛使用； 4）频率响应低、不宜进行快速动态测量。 一 、自感式传感器 1、简单自感传感器的原理及特性 组成： 1)线圈 2)铁芯 3)衔铁 气隙厚度： 传感器线圈电感值(忽略导磁体磁阻) 为空气隙的厚度 为空气隙的磁导率 为空气隙的横截面积 RM 为电路总磁阻 自感传感器基本类型 a： 不变，电感值随气隙变化的变气隙型传感器 b： 不变，电感值随面积变化的变面积型传感器 2、变间隙型自感传感器的工作特性 S不变，空气隙有微小变化 时，设初始空 气隙厚度大小为 ，此时线圈的自感为： 电感的变化量为： 灵敏度： 二次项非线性： 通常取： 3、变面积型自感传感器的工作特性 工作特性是线性的，其灵敏度为： 传感器的测量特点 1）变气隙型灵敏度高，非线性误差大，测量范 围小； 2）变面积型灵敏度较低，但线性度好，测量范 围大； 3）结构比较简单，运用方便。 缺点 有初始电感，线圈流向负载的电流不为零，衔 铁永远受有吸力，这是结构带来的固有误差。 线圈电阻受温度影响引起温度误差，灵敏度低 4、差动自感传感器 变间隙型差动自感传感器的原理图如图： 组成： 一个公共衔铁、 上下两个对称线圈 结构特点 1）两个磁体的几何尺寸、材料、电气参数完全 一致； 2）传感器的两个电感线圈接成交流电桥的相邻 桥臂； 3）初始状态 ，两个电感线圈的 电感值大小相等，极性相反，电桥的输出为零。 电感变化量为： 灵敏度 非线性特性 差动自感传感器仅含有奇次方非线性项，其三 次方非线性误差为： 5、基本测量电路 如图交流电桥，Z1、 Z2为传感器的两个线圈 中的阻抗，构成一对桥 臂，另两臂为电源变压 器二次线圈的两半（每 一半的电压为 )， 0为零电压参考电压，A、 B点为电压输出端。 工作过程 1)衔铁处于中心位置时，两线圈完全对称： 2)衔铁↓时，得到输出电压： 3)当传感器线圈电阻 远小于其感抗 ， 即 ，输出电压的有效值为： 为电源角频率 显然，当衔铁运动时，阻抗Z1，Z2虽变化，但 变化的仅为电感量L，而线圈电阻r可认为不变，故: 4)同理当衔铁↑时，可得到电压输出值为： 有效值为： 二 、差动变压器式传感器 工作原理： 把被测量的变化转换成互感系数的变化，传感 器本身又是互感系数可变的变压器，由于接线方式 为差动工作方式，所以称为差动变压器式传感器。 同时，由于它是基于互感变化的原理，所以又 称互感变压器。 三 、电涡流式传感器 电涡流效应： 电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金 属导体就会产生感应电流，这种感应电流成闭合 回线，称之为电涡流。 根据电涡流效应原理制成的传感器称之为电 涡流式传感器。 电涡流的特点 电涡流的大小与金属的电阻率、磁导率、厚 度及线圈与被测金属体的距离、线圈励磁电源的 角频率等参数有关，如果固定其中一些参数，就 可以根据涡流的大小求出另外的参数。 涡流传感器的特点 1）非接触连