電感式傳感器及應(yīng)用-自感式傳感器（傳感技術(shù)課件）

任務(wù)4.1自感式傳感器任務(wù)4.2差動(dòng)變壓器式傳感器項(xiàng)目4電感式傳感器及應(yīng)用任務(wù)4.3電渦流式傳感器電感式傳感器的工作基礎(chǔ)：電磁感應(yīng)即利用線圈電感或互感的改變來實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量分為變磁阻式（自感式）、變壓器式、渦流式等特點(diǎn)：工作可靠、壽命長(zhǎng)靈敏度高，分辨力高精度高、線性好性能穩(wěn)定、重復(fù)性好電感式傳感器的基本特性電感傳感器可分為自感式和互感式兩大類。電感式傳感器通常是指自感傳感器。自感系數(shù)常用L來表示，簡(jiǎn)稱自感或電感。線圈的自感與線圈的直徑、長(zhǎng)短、匝數(shù)等因素有關(guān)。線圈面積越大、線圈越長(zhǎng)、單位長(zhǎng)度匝數(shù)越密，它的自感就越大。有鐵芯的線圈的自感比沒有鐵芯時(shí)大很多。

4.1自感式傳感器自感式傳感器自感的單位是亨利,簡(jiǎn)稱亨,符號(hào)是H。常用的較小的單位有毫亨(mH)和微亨(μH)。自感傳感器的數(shù)值多為mH數(shù)量級(jí)。先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)將一只380V交流接觸器繞組與交流毫安表串聯(lián)后，接到機(jī)床用控制變壓器的36V交流電壓源上。毫安表的初始值約為幾十毫安。若慢慢將接觸器的活動(dòng)鐵心（稱為銜鐵）往下按時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)毫安表的讀數(shù)逐漸減小。當(dāng)銜鐵與固定鐵心之間的氣隙等于零時(shí)，毫安表的讀數(shù)只剩下十幾毫安。

電感傳感器的基本工作原理演示F220VAC準(zhǔn)備工作36VAC電感傳感器的基本工作原理演示氣隙減小，電感變大，電流變小。F基本變間隙自感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵組成，結(jié)構(gòu)如下圖所示。自感式傳感器工作原理

工作原理：在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí)，氣隙厚度l0發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感值L變化。因此只要能測(cè)出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。自感式傳感器工作原理

線圈中電感量可由下式確定（Ψ=NΦ為磁鏈[Ψ讀音為賽]，Φ為磁通，N為線圈匝數(shù)）：根據(jù)磁路歐姆定律：式中,Rm為磁路總磁阻。氣隙很小，可以認(rèn)為氣隙中的磁場(chǎng)是均勻的。μ為磁導(dǎo)率（μ１、μ２分別為鐵芯和銜鐵的磁導(dǎo)率，μ０為空氣的磁導(dǎo)率），若忽略磁路磁損，則磁路總磁阻為（4-1）（4-2）（4-3）自感式傳感器工作原理

通常氣隙磁阻遠(yuǎn)大于鐵芯和銜鐵的磁阻，即（4-4）則式（4-3）可寫為（4-5）聯(lián)立式（4-1）、式（4-2）及式（4-5），可得（4-6）自感式傳感器工作原理

上式表明：當(dāng)線圈匝數(shù)為常數(shù)時(shí)，電感L僅僅是磁路中磁阻Rm的函數(shù)，改變l0或S0均可導(dǎo)致電感變化，因此變磁阻式傳感器又可分為變氣隙厚度l0的傳感器和變氣隙面積S0的傳感器。目前使用最廣泛的是變氣隙厚度式電感傳感器。

自感式傳感器工作原理

L與l0之間是非線性關(guān)系，特性曲線如圖所示。變隙式電壓傳感器的L-l0特性變隙式電感式傳感器適用于測(cè)量微小位移的場(chǎng)合。變氣隙厚度式電感傳感器輸出特性

螺線管式電感傳感器螺線管是具有多重卷繞的導(dǎo)線，卷繞內(nèi)部可以是空心的，或者有一個(gè)磁芯。當(dāng)有電流通過導(dǎo)線時(shí)，螺線管中間部位會(huì)產(chǎn)生比較均勻的磁場(chǎng)。作為傳感器，螺線管電感傳感器的主要元器件是一只螺線管和一根可移動(dòng)的圓柱形銜鐵。銜鐵插入繞組后，將引起螺線管內(nèi)部的磁阻的減小，電感隨插入的深度而增大。L空心螺線管螺線管式電感傳感器的線性區(qū)對(duì)于長(zhǎng)螺線管（l>>r），當(dāng)銜鐵工作在螺線管接近中部位置時(shí)，可以認(rèn)為繞組內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度是均勻的，此時(shí)繞組的電感量L與銜鐵插入深度成正比。螺線管越長(zhǎng)，線性區(qū)就越大。螺線管式電感傳感器的線性區(qū)約為螺線管長(zhǎng)度的1/10。測(cè)桿應(yīng)選用非導(dǎo)磁材料，電導(dǎo)率也應(yīng)盡量小，以免增加鐵磁損耗和電渦流損耗。例：采用螺線管電感傳感器測(cè)量直徑為100mm的工件是否合格，被測(cè)工件的最大允許誤差為±1.5mm，求：應(yīng)選長(zhǎng)度大于多少毫米的螺線管？解：ΔD=2×1.5mm=3mm，則螺線管長(zhǎng)度為：

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3mm×10倍=30mm（不包括外殼）。差動(dòng)變隙式電感傳感器為了減小非線性誤差，實(shí)際測(cè)量中廣泛采用差動(dòng)變隙式電感傳感器。差動(dòng)電感傳感器當(dāng)銜鐵偏離中間位置時(shí)，兩個(gè)繞組的電感一個(gè)增加,一個(gè)減小,形成差動(dòng)形式。差動(dòng)電感傳感器a)變隙式差動(dòng)傳感器b)螺線管差動(dòng)傳感器1－上差動(dòng)繞組2－鐵心3－銜鐵4－下差動(dòng)繞組5－測(cè)桿6－工件7－基座由于兩個(gè)繞組的結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，電磁吸力以及溫漂相互抵消。差動(dòng)電感傳感器動(dòng)作演示

差動(dòng)螺線管式差動(dòng)變隙式差動(dòng)式電感傳感器對(duì)外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁吸力也較小，從而減小了測(cè)量誤差。線性度改善，靈敏度增加一倍。采用差動(dòng)型式的優(yōu)點(diǎn)差動(dòng)電感傳感器的特性

1－上繞組特性2