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1、,第4章 电感式传感器 4.1 变磁阻式传感器 4.2 差动变压器式传感器 4.3 电涡流式传感器,4.1 变磁阻式传感器 4.1.1 工作原理 变磁阻式传感器的组成： 线圈 铁芯 衔铁,变磁阻式传感器,铁芯和衔铁由导磁材料制成： 1. 硅钢片 2. 坡莫合金,1. 硅钢片 硅的作用： 提高铁的电阻率， 增大磁导率, 降低矫顽力、 降低铁芯损耗（铁损）。,2. 坡莫合金 坡莫合金：即铁镍合金。 镍：近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素, 它能够高度磨光和抗腐蚀。,在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为， 传感器的运动部分与衔铁相连。,当衔铁移动时，气隙厚度发生改变，引起磁路中磁阻变化，从
2、而导致电感线圈的 L 变化。 只要能测出 L 的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。,由磁路欧姆定律， 得,Rm 为磁路总磁阻。,1铁芯材料的导磁率（磁导率）； 2衔铁材料的导磁率； l1磁通量通过铁芯的长度； l2磁通量通过衔铁的长度；,变磁阻式传感器,S1铁芯的截面积； S2衔铁的截面积； 0空气的导磁率； S0气隙的截面积； 气隙的厚度。,S1铁芯的截面积； S2衔铁的截面积； 0空气的导磁率； S0气隙的截面积； 气隙的厚度。,当线圈匝数为常数时，L 仅仅是Rm的函数，改变或 S0 均可导致电感变化。 变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度的传感器和变气隙面积 S0 的传感器。 目前使用最
3、广泛的是变气隙厚度式电感传感器。,4.1.2 输出特性 L与之间是非线性关系,图4-2 变隙式电压传感器的L-特性,当衔铁处于初始位置时，初始电感量为,当衔铁上移时，,当/01时， 用台劳（幂）级数展开,同理，当衔铁随被测体的初始位置向下移动时，有,作线性处理， 即忽略高次项后，,灵敏度为,变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾， 因此该传感器适用于测量微小位移的场合。 为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器。,差动变隙式电感传感器,4.1.3 测量电路 电感式传感器的测量电路的类型： 交流电桥式 变压器式交流电桥 谐振式等。,1. 电感式传感器的等效电路 电感
4、式传感器的线圈并非是纯电感， 该电感由两部分组成： 有功分量 无功分量。,电感式传感器的等效电路,将上式有理化并应用品质因数 Q=L/R，可得,当Q2LC且2LC 1时，,令,C 的存在，使有效串联损耗电阻及有效电感增加，而有效 Q 值减小。 在有效阻抗不大的情况下，它会使 K 提高，从而引起传感器性能的变化。,在测量中若更换连接电缆线的长度， 在激励频率较高时应对传感器的灵敏度重新进行校准。,2. 交流电桥式测量电路,交流电桥测量电路,当衔铁往上移动 时， 差动传感器电感的总变化量L=L1+L2,对上式进行线性处理, 即忽略高次项得,单线圈式和差动式两种变间隙电感传感器的特性比较： 差动式变
5、间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。 差动式的线性度得到明显改善。,电桥输出电压与成正比关系。,3. 变压器式交流电桥,变压器式交流电桥,电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/2阻抗。 当负载阻抗为无穷大时， 桥路输出电压,当传感器的衔铁处于中间位置， 即Z1=Z2=Z， 此时有 电桥平衡。,当衔铁上移时， 如 Z1=Z +Z， Z2=Z Z时，,当衔铁下移时， 如 Z1=ZZ， Z2=Z+Z，,衔铁上移，,衔铁下移,衔铁上下移动相同距离时，输出电压相位相反，大小随衔铁的位移而变化。,由于 是交流电压，输出指示无法判断位移方向， 必须配合相敏检波电路来解决。,4. 谐振式测量电路 分类： 谐振式调幅电路 谐振式调频电路,谐振式调幅电路,输出电压的频率与电源频率相同， 输出电压的幅值随着电感 L 而变化， 其中 L0 为谐振点的电感值。,电路的优点： 灵敏度很高， 不足： 线性差， 适用于线性度要求不高的场合。,谐振式调频电路,谐振式调频电路,电感 L 的变化将引起输出电压频率的变化。,根据 f 的大小即可测出被测量的值。 它具有严重的非线性关系。,4.1.4 变磁阻式传感器的应用,变隙电感式压力传感器结构图,变隙式差动电感压力传感器,
