電感式傳感器

4.3

電感式傳感器

(InductanceTransducer)基于電磁感應(yīng)原理，把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。電感式傳感器互感型（差動(dòng)變壓器式）按照變換方式的不同可分為：自感型（包括可變磁阻式與渦流式）電感式傳感器自感型可變磁阻式渦流式互感型電感式傳感器(2/20)由電工學(xué)可知，線圈自感量：

i—線圈中流過(guò)的電流。

—通過(guò)線圈的磁通量。ix123L0

1—線圈；2—鐵心；3—銜鐵式中：N—線圈匝數(shù)；可變磁阻式傳感器由線圈、鐵心和銜鐵組成，在鐵心與銜鐵之間存在氣隙。當(dāng)線圈通以電流i時(shí)，產(chǎn)生磁通，其大小與電流成正比。1.自感型--可變磁阻式傳感器根據(jù)磁路歐姆定律：由這兩式得：電感式傳感器(3/20)式中：

Rm

—磁路的總磁阻Rm=

RF

+

R

，其中RF為鐵心與銜鐵的磁阻，R為空氣隙磁阻。電感式傳感器(4/20)式中：l1、l2

—鐵心和銜鐵的導(dǎo)磁長(zhǎng)度；

1、2

—鐵心和銜鐵的磁導(dǎo)率；

A1、A2

—鐵心和銜鐵的導(dǎo)磁截面積；

—?dú)庀堕L(zhǎng)度；

0

—空氣磁導(dǎo)率，0=410-7H·m-1

；

A0

—?dú)庀秾?dǎo)磁截面積。若不考慮磁路的鐵損，且空氣隙較小時(shí)：一般，1和2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0，即：RF

<<R

，因此，電感式傳感器(5/20)自感L與氣隙厚度成反比，與氣隙導(dǎo)磁截面積A0成正比。結(jié)論：當(dāng)固定A0，變化時(shí)，L與成非線性關(guān)系當(dāng)固定，變化A0時(shí)，L與A0成非線性關(guān)系可變導(dǎo)磁面積式差動(dòng)式可變氣隙厚度式電感式傳感器(6/20)（1）可變氣隙厚度式電感傳感器當(dāng)固定A0，變化時(shí)，L與成非線性關(guān)系，傳感器靈敏度為：為了減小非線性誤差，/0≤0.1。變氣隙長(zhǎng)度式傳感器適用于微小位移的測(cè)量，范圍為0.001~1mm。傳感器靈敏度與氣隙長(zhǎng)度的平方成反比。結(jié)論：電感式傳感器(7/20)特點(diǎn)：線性，靈敏度低。~x（2）可變氣隙面積式電感傳感器當(dāng)固定，變化A0時(shí)，L與A0成線性關(guān)系，傳感器靈敏度為：（3）差動(dòng)變氣隙式電感傳感器特點(diǎn)：提高靈敏度，改善線性特性。~x對(duì)于差動(dòng)式傳感器，當(dāng)共用銜鐵移動(dòng)時(shí)，兩線圈的間隙按0、0+變化，即一個(gè)線圈自感增加，另一個(gè)減小。電感式傳感器(8/20)當(dāng)金屬板置于變化磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在金屬板中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬板體內(nèi)是閉合的，稱為渦流。渦流的大小與金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率、厚度以及金屬板與線圈距離、激勵(lì)電流、角頻率等參數(shù)有關(guān)。渦流式傳感器分為高頻反射式渦流傳感器和低頻透射式傳感器。金屬板ii12.自感型--渦流式傳感器ML2L1usu2l電感式傳感器(9/20)金屬板置于線圈附近，相互間距為

。高頻交變電流i-磁通—“旋渦狀”閉合感應(yīng)電流i1

（渦電流或渦流）—

交變磁通1—

反作用于線圈。根據(jù)楞次定律，渦流的交變磁場(chǎng)變化方向與線圈磁場(chǎng)變化方向相反，1總是抵抗的變化，從而導(dǎo)致原線圈等效阻抗發(fā)生變化。金屬板ii11）高頻反射式渦流傳感器電感式傳感器(10/20)2）低頻透射式渦流傳感器

L1和L2分別為發(fā)射線圈和接收線圈。

L1通低頻（音頻）交流電流。在L2中產(chǎn)生感應(yīng)電壓u2。金屬板產(chǎn)生的渦流消耗了一部分磁場(chǎng)能量，使u2有所降低，板越厚，u2越低。ML2L1usu2l原線圈的等效阻抗Z變化：電感式傳感器(11/20)電感式傳感器(12/20)金屬板置于線圈附近，相互間距為

。高頻交變電流i-磁通—“旋渦狀”閉合感應(yīng)電流i1

（渦電流或渦流）—

交變磁通1—

反作用于線圈。根據(jù)楞次定律，渦流的交變磁場(chǎng)變化方向與線圈磁場(chǎng)變化方向相反，1總是抵抗的變化，從而導(dǎo)致原線圈等效阻抗發(fā)生變化。工作原理通常線圈尺寸、激勵(lì)電流i及其頻率一定，若金屬板材料一定，變化可以用來(lái)測(cè)量位移、振動(dòng)等參量。若一定，變化或可實(shí)現(xiàn)材質(zhì)鑒別或無(wú)損探傷。等效阻抗的變化程度與線圈尺寸、距離、金屬板電阻率和磁導(dǎo)率、線圈激勵(lì)電流