自感傳感器的原理及結構

1、自感傳感器的原理及結構、自感傳感器的基本概念自感傳感器是利用自感量隨氣隙而改變的原理利成的，用來測量位移。較實用的自感傳 cjmc%ddz感器的結構示意圖如圖1所爾。它主要由線圈、鐵芯、銜鐵及測桿（或轉鈾）等組成。自感傳感器常見的形式荷變隙式、變截面式、螺管式莉磋動式4種空隙式（一）自感傳感器的工作原理在圖41（a）、（b）所示的自感傳感器原理圖中，盡管在鐵芯和銜鐵問有一個空氣 氣隙，但由于其值不大，TL!里!所以傲路（圖小點劃線表不隘路）足封閉的。根據(jù)磁路的基本知 識，線圈自感可以按下式計算，即Re式中，計一一線圈匝數(shù)；Rm一一磁路總磁阻，單位為 H '對圖W言，因為氣隙厚度5fR4

2、、，可以認為氣隙磁場足均勻的，若忽略磁路中 鐵損耗，則總26磁阻為式中各段導磁體的長度*單位為m； 療一各段導磁體的磁導率，單位為H/m;At- 各段導磁體的截面積，單位為: g空氣氣隙的厚度,單位為m； 內(nèi)真空磁導率，網(wǎng)=471%10一41/01： A"空氣氣隙有效截面積,單位為式(4 - 1)、式(4 - 2)合并可得:,ML =-(V _ + 2>會以A uoA當鐵；3的結構與材料確定后，式(43)分母的第一狽為常數(shù)，此時月您L足氣隕厚度6和氣隙有效截面積4的函數(shù)，即L= /(5tA)。若保持A不變，則L為6的單值函數(shù), 可構成變氣隙式自感傳感器；若保持 o不變，使A隨位

3、移而變化，則uf形成變截面式自感傳感 器。它們分別如圖41(a)、(b)所示。如圖1(c)所示，線圈中故人的圓柱形銜鐵，也是一個可變自感，使銜鐵做k自感量將相應變化，這就構成螺管式白感傳感器。(二)變隙式自感傳感器如圖1所示，傳感器工作時銜鐵與被測體連接。當被測體按如圖的方向產(chǎn)生iAj的位移時，銜鐵與其同步移動，引起磁路中氣隙的磁阻發(fā)生相應的變化，從而引起線 圈的 電感受 http:/www.abc-(即被測體)位移量的大小和方向化。因此，只要測出自感旦的變化，就能確定銜鐵 這就是閉合磁路變隙式自感傳感器的工作原理。由于氣隙的磁阻遠大于鐵心和銜鐵的磁阻，從而在定量計算時可忽略掉鐵芯和銜 鐵的磁

4、KK. RI因此，自感線圈的電感量為特性曲線如圖42(a)所示，輸入、輸出成非線性關系。靈敏度XI為2A, A特性曲線在式(4 5)中，K1與6有關，因而X1表示一常數(shù)，6越小，靈敏度K1越高。 為了保讓一定的線性度，變隙式白感傳感器僅能工作在很小一段的區(qū)域，因而只能用于微小位 移的測量。三)變截面式自感傳感器網(wǎng)1(b)所示為變截面式自感傳感器結構圖。在式 (4 5)中，同樣N確定后，若保 持氣 隙厚度6為常值0。，則TI代理商L=廣(A),它的待性曲線如圖 2(b)所不。理想狀態(tài) 下輸入、輸出成線性關系。仍由于漏感等原因，它的特性曲線并非是線性的，而且它的線性區(qū)較小， 靈敏度低。="

5、;4上 dA2金靈敏度x 2為（四螺管式自感傳感器單線圈螺管式自感傳感器的結構如圖 41（c）所不。螺管式自感傳感器的工作原 理是：當以線閣磁力線泄露路徑上的磁阻變化為基礎測量時7h于銜鐵隨被測體移動，導致線圈電感量變化，即線圈的電感量與銜鐵插入的深度zl有關。對丁長螺線管（Lr）,當銜鐵工作在螺線管的中部時，可認為線圈內(nèi)磁場強度是 均勻的。此時線圈電感量L與銜鐵插入深度j1大致成正比。)J這種傳感器結構簡單，制作容易，但靈敏度稍低，且銜鐵在螺線管的中間時、 有可能成線性關系。此傳感器適合在位 ATMEL移較大的場合測量。（五）差動式自感傳感器使用自感傳感器時，當勵磁線圈通以交流電流時。銜鐵始

6、終承受電磁吸力，會引起振動及附加誤差，而且非線性誤差較大；向時外界的干擾，如電源電壓頻率的變化、溫度 的變化都使輸出產(chǎn)生誤差。出此，在實物；工作中常采用差動形式，既可以提高傳感器的靈敏度， 又可以減小誤差、.結構特點差動式自感傳感器的結構如圖 4-3所承。兩個完全相同、單個線圈的自感傳感 器共用一根活動銜鐵就構成了差動式白感傳感器。羌動式自感傳感器的結構要求是兩個導磁體的幾何尺寸完全祁同，材料性能完全相同；兩個線圈的電氣參數(shù)（如電感、ATMEL代理商隨數(shù)、直流電阻、分布電彈等）和幾何尺寸 也完全相同。2 .工作原理和特性在公隙式差動傳感器小。隨被測量移動們偏離Lf,火價置時，兩個線圈的電感量一個減小，形成差動形式。間變隙式差動傳想器網(wǎng)螺管式差動傳感器差動式與單線圈自感傳感器分線性比較。從閣44可以看出.差動式自感傳感器的線性較好，rl輸出http:www.ebv.hk曲線