传感器与检测技术 教学课件 魏学业 第3章 电感式和电容式传感器.pdfVIP

第3章 电感式和电容式传感器 3.1 电感式传感器 电感式传感器 　 电感式传感器应用的理论基础是电磁感应，即利用线圈电感或互感的 改变来实现非电量测量。依据电磁感应的原理，把被测物理量变化转换为 自感系数L或互感系数M的变换。前者称为自感式传感器，后者称为互感式 传感器或变压器式传感器。 电感式传感器具有结构简单可靠、分辨率高、零点漂移小、线性度好、 性能稳定、抗冲击等优点。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。在工业自动化中， 广泛应用于位移、压力、流量等方面的测量。电感式传感器的测量过程如 图3-1所示。 图3-1 电感式传感器的测量过程 电感式传感器的种类很多，根据工作原理的不同，可分为变磁阻式、 变气隙式（自感式），变压器式和涡流式（互感式）等种类。 3.1.1 变磁阻式传感器： 变磁阻式传感器： M. Faraday在其提出的电磁感应定律（1831年）指出，当一个线圈中电流 i变化时，该电流产生的磁通量Φ也随之变化，因而在线圈绕组产生感应电势e ， 这种现象称为自感，产生的感应电势称为自感电势。变磁阻式传感器属于自感 式传感器。 1.工作原理 变磁阻式传感器的结构如图3-2所示，这种形式的电感传感器也称为变气 隙式电感传感器。它由线圈、铁芯和衔铁3部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料 如硅钢片或其他合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ,被测部件 与衔铁相连。当被测部件移动时，就引起衔铁移动，气隙厚度δ随之发生改变， 引起磁路中磁阻的变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出电 感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向，也就实现了对被测部件的测 量。 图3-2 变磁阻式传感器的结构 1—线圈；2—铁芯（定铁芯）；3—衔铁（动铁芯） 线圈中电感量可由下式确定： （3-1） 式中：Ψ为线圈总磁链；I为通过线圈的电流；W为线圈的匝数； Φ为穿 过线圈的磁通。 根据磁路欧姆定律得 （3-2 ） 对于磁阻式传感器，因为气隙δ很小，可以认为气隙中的磁场是均匀的。 若忽略磁路磁损，则磁路总磁阻为 （3-3 ）  2  l1    S  S  0 0 1 1 2  l   2  S  S  0 0 2 2 则式（3-3 ）可写为 R 2 （3-4 ） m