电感式传感器(讲稿)李江全石河子大学机电学院电气工程教研室
电 感 式 传 感 器 (讲 稿) 李江全 石河子大学机电学院电气工程教研室
目录一、概述1、含义2、原理3、类型二、自感式1、组成2、工作原理3、类型4、差动自感传感器5、优缺点6、应用三、差动变压器式1、含义2、零点残余电压3、测量电路4、特点5、应用四、电涡流式1、电涡流效应2、类型3、工作原理4、特点5、应用
目 录 一、概述 1、含义 2、原理 3、类型 二、自感式 1、组成 2、工作原理 3、类型 4、差动自感传感器 5、优缺点 6、应用 三、差动变压器式 1、含义 2、零点残余电压 3、测量电路 4、特点 5、应用 四、电涡流式 1、电涡流效应 2、类型 3、工作原理 4、特点 5、应用
补充问题1、在差动自感传感器输出特性曲线（不带相敏整流器）上，为什么当x=0时：输出U。+0？如何消除？2、单线圈和差动两种变隙式自感传感器在组成和工作原理上有什么异同点？3、为什么螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器有更大的测位移范围？4、闭磁路变隙式和开磁路螺线管式电感传感器在性能指标上有何异同？5、自感传感器测量电路的主要任务是什么？6、影响差动变压器灵敏度的因素有哪些？如何提高灵敏度？7、影响差动变压器线性度的因素有哪些？如何提高线性度？8、为什么螺线管式差动变压器比变隙式差动变压器的测量范围大？9、电涡流的大小、深度分别与哪些因素有关？10、影响高频反射涡流传感器灵敏度的因素有哪些？11、低频透射涡流传感器有哪些特点？可用来测量哪些物理量？12、影响低频透射涡流传感器线性度和灵敏度的因素有哪些？
补充问题 1、在差动自感传感器输出特性曲线（不带相敏整流器）上，为什么当 x = 0 时， 输出 U0 0 ？如何消除？ 2、单线圈和差动两种变隙式自感传感器在组成和工作原理上有什么异同点？ 3、为什么螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器有更大的测位移范围？ 4、闭磁路变隙式和开磁路螺线管式电感传感器在性能指标上有何异同？ 5、自感传感器测量电路的主要任务是什么？ 6、影响差动变压器灵敏度的因素有哪些？如何提高灵敏度？ 7、影响差动变压器线性度的因素有哪些？如何提高线性度？ 8、为什么螺线管式差动变压器比变隙式差动变压器的测量范围大？ 9、电涡流的大小、深度分别与哪些因素有关？ 10、影响高频反射涡流传感器灵敏度的因素有哪些？ 11、低频透射涡流传感器有哪些特点？可用来测量哪些物理量？ 12、影响低频透射涡流传感器线性度和灵敏度的因素有哪些？
一、 概述1、含义1）利用电磁感应原理，将被测非电量的变化转化成线圈电感（或互感）的变化，这种机电转换装置称为电感式传感器。2）电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化实现非电量电测量的一种装置。2、原理它基于：自感现象、互感现象及电涡流效应。3、类型可分为自感式（电感式）、互感式（差动变压器式）及电涡流式三种类型。二、自感式1、组成简单自感传感器由线圈、铁心和衔铁三部分组成。2、工作原理在铁心与衔铁之间有一个空气隙，厚度为，传感器运动部分与衔铁相连，当运动部分产生位移时，空气隙厚度8变化，从而使电感值发生变化。Wμ.s线圈的电感值为：L=一。28可见：电感量与空气隙厚度成反比，与气隙相对截面积成正比，因此，改变空气隙厚度（使衔铁作△S变化）或气隙相对截面积都能使电感量变化。3、类型有三种类型：1）改变气隙厚度S的自感传感器一变隙式特点：灵敏度较高：但测量范围与灵敏度及线性度相矛盾：非线性严重，示值范围很小，自由行程小（受铁心限制）：制造装配困难，常用于小位移测量。2）改变气隙截面S的自感传感器一变面积式具有较好的线性，示值范围较大，自由行程也较大，但灵敏度较低。通常用来测量比较大的位移
一、概述 1、含义 1） 利用电磁感应原理，将被测非电量的变化转化成线圈电感（或互感） 的变化，这种机电转换装置称为电感式传感器。 2）电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化实现非电量电测量的一 种装置。 2、原理 它基于：自感现象、互感现象及电涡流效应。 3、类型 可分为自感式（电感式）、互感式（差动变压器式）及电涡流式三种类型。 二、自感式 1、组成 简单自感传感器由线圈、铁心和衔铁三部分组成。 2、工作原理 在铁心与衔铁之间有一个空气隙，厚度为 ，传感器运动部分与衔铁相连， 当运动部分产生位移时，空气隙厚度 变化，从而使电感值发生变化。 线圈的电感值为： 2 0 2 W S L = 。 可见：电感量与空气隙厚度成反比，与气隙相对截面积成正比，因此，改 变空气隙厚度（使衔铁作 变化）或气隙相对截面积都能使电感量变化。 3、类型 有三种类型： 1）改变气隙厚度 的自感传感器——变隙式 特点：灵敏度较高；但测量范围与灵敏度及线性度相矛盾；非线性严重， 示值范围很小，自由行程小（受铁心限制）；制造装配困难，常用于小位移测量。 2）改变气隙截面 S 的自感传感器——变面积式 具有较好的线性，示值范围较大，自由行程也较大，但灵敏度较低。通常 用来测量比较大的位移
3）螺管式自感传感器结构简单，制造装配容易：示值范围大，线性度好，自由行程大，但灵敏度低，易受干扰。适用于测量大量程直线位移。由于在测量电路中通常都设有放大环节，故螺管的灵敏度低的缺点不易被暴露，因此，开磁路（螺管式）自感传感器得到广泛的应用。4、差动自感传感器简单自感传感器的结构简单，运用方便。但衔接永远受有吸力；线圈电阻受温度影响，有温度误差，不能反映被测量的变化方向，非线性大，因此多采用差动形式。1）优点：差动式自感传感器同样可以实现位移到自感的转换，但其性能与单线圈自感传感器相比有了许多改善a、差动式比单线圈的灵敏度提高一倍。b、差动式自感传感器的非线性明显得到改善。C、差动式测量范围变大，在较大的测量范围内，传感器能保持较好的线性转换特性：d、减小了测量误差，差动结构本身的对称性减小了温度等外界于扰的影响，克服了单线圈的衔铁在初始中间位置承受的电磁吸引力，从而提高了测量精度。故在实际应用中大量采用差动自感传感器。2）三种形式：a）变气隙厚度差动自感传感器b）变截面差动自感传感器c）螺管式差动自感传感器3）采用带有相敏整流的电桥电路因为带有相敏整流的交流电桥电路不仅可消除零点残余电压，而且其基本特性既能反映位移的大小，又能反映位移的方向（因为该电路输出电压随着衔铁位移方向不同而有不同的极性）
3）螺管式自感传感器 结构简单，制造装配容易；示值范围大，线性度好，自由行程大，但灵敏 度低，易受干扰。适用于测量大量程直线位移。 由于在测量电路中通常都设有放大环节，故螺管的灵敏度低的缺点不易被 暴露，因此，开磁路（螺管式）自感传感器得到广泛的应用。 4、差动自感传感器 简单自感传感器的结构简单，运用方便。但衔接永远受有吸力；线圈电阻 受温度影响，有温度误差，不能反映被测量的变化方向，非线性大，因此多采 用差动形式。 1）优点： 差动式自感传感器同样可以实现位移到自感的转换，但其性能与单线圈自 感传感器相比有了许多改善 a、差动式比单线圈的灵敏度提高一倍。 b、差动式自感传感器的非线性明显得到改善。 c、差动式测量范围变大，在较大的测量范围内，传感器能保持较好的线 性转换特性； d、减小了测量误差，差动结构本身的对称性减小了温度等外界干扰的影 响，克服了单线圈的衔铁在初始中间位置承受的电磁吸引力，从而提高了测量 精度。 故在实际应用中大量采用差动自感传感器。 2）三种形式： a）变气隙厚度差动自感传感器 b）变截面差动自感传感器 c）螺管式差动自感传感器 3）采用带有相敏整流的电桥电路 因为带有相敏整流的交流电桥电路不仅可消除零点残余电压，而且其基本 特性既能反映位移的大小，又能反映位移的方向（因为该电路输出电压随着衔 铁位移方向不同而有不同的极性）