自感式傳感器

3.1自感式傳感器本章學習自感式傳感器工作原理、測量電路以及它們的應用，掌握一次儀表的相關知識。電感式傳感器的工作基礎：電磁感應即利用線圈電感或互感的改變來實現非電量測量分為變磁阻式、變壓器式、渦流式等特點：工作可靠、壽命長靈敏度高，分辨力高精度高、線性好性能穩(wěn)定、重復性好將一只380V交流接觸器線圈與交流毫安表串聯后，接到機床用控制變壓器的36V交流電壓源上，如下圖所示。這時毫安表的示值約為幾十毫安。用手慢慢將接觸器的活動鐵心（稱為銜鐵）往下按，我們會發(fā)現毫安表的讀數逐漸減小。當銜鐵與固定鐵心之間的氣隙等于零時，毫安表的讀數只剩下十幾毫安。

3.1.1工作原理先看一個實驗：電感傳感器的基本工作原理演示F220V準備工作電感傳感器的基本工作原理演示氣隙變小，電感變大，電流變小F線圈電感:N——線圈的匝數；Rm——磁路總磁阻上一頁返回下一頁線圈中放入圓形銜鐵,電感的大小也會改變,稱為螺管型傳感器。上一頁返回下一頁a)氣隙型

b)截面型

c)螺管型自感式傳感器原理圖3.1.2變氣隙式自感傳感器通常氣隙的磁阻遠大于鐵芯和銜鐵的磁阻

L與δ之間是非線性關系

上一頁返回下一頁當銜鐵處于初始位置時，初始電感量為:當銜鐵上移Δδ時，則，代入式(1)并整理得:上一頁返回下一頁(1)上式展開成如下的級數形式:

同理，當銜鐵隨被測物體的初始位置向下移動時，有上一頁返回下一頁(2)(3)對式（2）（3）作線性處理，即忽略高次項后可得:靈敏度為:變間隙式自感傳感器的測量范圍與靈敏度及線性度是相矛盾的，因此變隙式自感式傳感器適用于測量微小位移場合。為了減小非線形誤差，實際中廣泛采用差動變隙式電感傳感器。上一頁返回下一頁差動變隙式電感傳感器

1-鐵芯；2-線圈；3-銜鐵；當銜鐵向上移動時，兩個線圈的電感變化量ΔL1、ΔL2

上一頁返回下一頁對上式進行線性處理，即忽略高次項得

靈敏度k0為（1）差動變間隙式自感傳感器的靈敏度是單線圈式傳感器的兩倍。（2）單線圈是忽略以上高次項，差動式是忽略以上高次項，因此差動式自感式傳感器線性度得到明顯改善。上一頁返回下一頁3.1.3變面積式自感傳感器傳感器氣隙長度保持不變，令磁通截面積隨被測非電量而變，設鐵芯材料和銜鐵材料的磁導率相同，則此變面積自感傳感器自感L為靈敏度：變面積式自感傳感器在忽略氣隙磁通邊緣效應的條件下，輸入與輸出呈線性關系；因此可望得到較大的線性范圍。但是與變氣隙式自感傳感器相比，其靈敏度降低。上一頁返回下一頁3.1.4螺線管式自感傳感器1-螺線管線圈Ⅰ；2-螺線管線圈Ⅱ；3-骨架；4-活動鐵芯

L10，L20——分別為線圈Ⅰ、Ⅱ的初始電感值；上一頁返回下一頁(4)當鐵芯移動（如右移）后，使右邊電感值增加，左邊電感值減小

根據以上兩式，可以求得每只線圈的靈敏度為兩只線圈的靈敏度大小相等，符號相反，具有差動特征。

式(4)和式(5)可簡化為

上一頁返回下一頁(5)差動電感傳感器的特點

請分析：靈敏度、線性度有何變化曲線1、2為L1、L2

的特性，3為差動特性1-差動線圈2-鐵心3-銜鐵4-測桿5-工件

從曲線圖可以看出，差動式電感傳感器的線性較好，且輸出曲線較陡，靈敏度約為非差動式電感傳感器的兩倍。

從結構圖可以看出，差動式電感傳感器對外界影響，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，從而減小了測量誤差。差動式電感傳感器的特性

3.1.5自感式傳感器測量電路1.調幅電路2.調頻電路3.調相電路4.自感傳感器的靈敏度上一頁返回下一頁3.1.6調幅電路

u0(1)變壓器電路輸出空載電壓初始平衡狀態(tài)，Z1=Z2=Z,u0=0銜鐵偏離中間零點時使用元件少，輸出阻抗小,獲得廣泛應用z2z1u/2u/2上一頁返回下一頁傳感器銜鐵移動方向相反時空載輸出電壓兩種情況的輸出電壓大小相等，方向相反，即相位差180，為了判別銜鐵位移方向，就是判別信號的相位，要在后續(xù)電路中配置相敏檢波器來解決上一頁返回下一頁2\相敏整流電路：既反映輸入的大，又能辨向

什么是相敏整流電路根據載波的頻率和相位，控制開關陣列工作，將交流的信號變成直流，或者將直流信號調制成交流，便于放大。也可以對信號設定相位門檻，去掉不要的干擾信號。(2)相敏檢波電路當銜鐵偏離中間位置而使Z1=Z+ΔZ增加，則Z2=Z-ΔZ減少。這時當電源u上端為正，下端為負時，電阻R1上的壓降大于R2上的壓降；當u上端為負，下端為正時，R2上壓降則大于R1上的壓降，電壓表V輸出上端為正，下端為負。上一頁返回下一頁非相敏整流和相敏整流電路輸出電壓比較(a)非相敏整流電路；（b）相敏整流電路使用相敏整流，輸出電壓U0不僅能反映銜鐵位移的大小和方向，而且還消除零點殘余電壓的影響，

上一頁返回下一頁上一頁返回下一頁3.1.7調頻電路傳感器自感變化將引起輸出電壓頻率的變化GCLf靈敏度很高，但線性差，適用于線性要求不高的場合Lf03.1.8自感式傳感器應用舉例1.自感式位移傳感器2.自感式壓力傳感器上一頁返回下一頁1.自感式位移傳感器1傳感器引線2鐵心套筒3磁芯4電感線圈5彈簧6防轉件7滾珠導軌8測桿9密封件10瑪瑙測端上一頁返回下一頁軸向式電感測微器的外形

航空插頭測頭其他電感測微頭模擬式及數字式電感測微儀2.自感式壓力傳感器變隙式自感壓力傳感器結構圖變隙差動式電感壓力傳感器上一頁返回

當被測壓力進入C形彈簧管時，C形彈簧管產生變形，其自由端發(fā)生位移，帶動與自由端連接成一體的銜鐵運動，使線圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等、符號相反的變化。即一個電感量增大，另一個電感量減小。電感的這種變化通過電橋電路轉換成電壓輸出。由于輸出電壓與被測壓力之間成比例關系，所以只要用檢測儀表測量出輸出電壓，即可得知被測壓力的大小。

3.電感式滾柱直徑分選裝置圖3-14滾柱直徑分選裝置

1—氣缸2—活塞3—推桿4—被測滾柱5—落料管6—電感測微器7—鎢鋼測頭8—限位擋板9—電磁翻板10—容器（料斗）

電感式滾柱直徑分選以前用人工測量和分選軸承用滾柱的直徑是一項十分費時且容易出錯的工作。由機械排序裝置送來的滾柱按順序進入電感測微儀。電感測微儀的測桿在電磁鐵的控制下，先是提升到一定的高度，讓滾柱進入其正下方，然后電磁鐵釋放，銜鐵向下壓住滾柱，滾柱的直徑決定了銜鐵位移的大小。電感傳感器的輸出信號送到計算機，計算出直徑的偏差值。完成測量的滾柱被機械裝置推出電感測微儀，這時相應的翻板打開滾柱落入與其直徑偏差相對應的容器中。從圖可以看到，批量生產的滾柱直徑偏差的概率符合隨機誤差的正態(tài)分布。以測量和分選步驟均是在計算機控制下進行的。電感式滾柱直徑分選裝置測微儀圓柱滾子電感式滾柱直徑分選裝置（外形）

滑道分選倉位軸承滾子外形（參考中原量儀股份有限公司資料）電感式滾柱直徑分選裝置