第三章电感式传感器

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1、压磁式压磁式IN L MRIN MRNL2线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁图图3-1 3-1 电感式传感器电感式传感器RRRFM222111ALALRFAR02RRF2202ANRNL图图3-1 3-1 电感式传感器电感式传感器线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁图图3-2 3-2 变截面式传感器变截面式传感器线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁衔铁移动方向衔铁移动方向，ALL= f (A)L= f ()图图3-3 3-3 电感传感器特性电感传感器特性00220ANL 衔铁下移衔铁下移 0,00000112222ANANLLL122200002AN00L0000111LL3.1.2 3.1.2 变气隙式自感传感器的输出特性变

2、气隙式自感传感器的输出特性LL衔铁衔铁忽略高次项：忽略高次项： 001LL00LLK.3020001LL时，当 10衔铁上移衔铁上移 0,00L.LL 3020002时，当 10忽略高次项：忽略高次项： 002LL00000222222ANANLLL图图3-4 3-4 差动式自感传感器差动式自感传感器1-1-线圈线圈 2-2-铁芯铁芯 3-3-衔铁衔铁 4-4-导杆导杆（a a） 变气隙型变气隙型432131412344（b b） 变面积型变面积型 （c c） 螺管型螺管型变气隙型差动式自感传感器变气隙型差动式自感传感器 .LL32000011 .LL30200021衔铁下移：衔铁下移： )(

3、ANL00122)(ANL00222002LK .LLLL530000122.LLLLL5300000122螺管式自感传感器螺管式自感传感器 它由平均半径为r的螺管线圈螺管线圈、衔铁衔铁和磁性套筒磁性套筒等组成。随着衔铁插入深度的不同引起线圈泄漏路径中磁阻变化，从而使线圈的电感发生变化。螺管式自感传感器螺管式自感传感器)H(lANL72104特点特点：测量范围大，数百毫米，灵敏度低，大量：测量范围大，数百毫米，灵敏度低，大量程直线位移。程直线位移。 差动螺管式自感传感器差动螺管式自感传感器测量范围测量范围 1 200mm1 200mm线性度线性度 0.1% 1%0.1% 1%分辨率分辨率 0.

4、01um 0.01um 图图3-6 等效电路等效电路ZCLRcReZZUUAC2002LjRLjRUSSAC图图3-7 交流电桥交流电桥ZLR1R2Z2Z1ACU0U00ACUU对差动变气隙式自感传感器：对差动变气隙式自感传感器：002LL值很高时：当自感线圈的品质因数SRL Q020LLUUAC75502505075100L/mHl/mm10025LD43211234- l l2 2、变压器式交流电桥、变压器式交流电桥图图3-8 3-8 变压器交流电桥变压器交流电桥Z1Z2IABCD2ACU2ACU0UACAUZZZU212ACAUZZZU211B B点电位为点电位为2ACBUU211202

5、ZZZZUUUUUACBAAB初始位置初始位置 ZZZ210ABU衔铁下移衔铁下移 ZZZ2ZZZ1212102ZZZZUUUUUACBAABLjRLjUZZUZZZZUUACACAC22221210衔铁上移衔铁上移 ZZZ1ZZZ2）（183 20LLUUACABLjRLjUZZUZZZZUUACACAC222212110图图3-9 3-9 紧耦合电感臂电桥紧耦合电感臂电桥L LL LZ1Z20UACU0U1 初级线圈初级线圈;2.3次级线圈次级线圈;4衔铁衔铁1243(a)气隙型气隙型123(b)螺管型螺管型4(e)、(f) 变面积变面积式差动变压器式差动变压器 (a)、(b) 变隙式差动

6、变压器变隙式差动变压器(c)、(d) 螺线管式差动变压螺线管式差动变压器器螺管型差动变压器根据初、次级排列不同有二螺管型差动变压器根据初、次级排列不同有二节式、三节式、四节式和五节式等形式。节式、三节式、四节式和五节式等形式。图图3-10 3-10 差动变压器线圈各种排列形式差动变压器线圈各种排列形式1 1 初级线圈；初级线圈；2 2 次级线圈；次级线圈；3 3 衔铁衔铁(a) (a) 二节式二节式 (b) (b) 三节式三节式 (c) (c) 四节式四节式 (d) (d) 五节式五节式31121 2112212123三节式的零点电位较小，二节式比三节式灵敏度三节式的零点电位较小，二节式比三节

7、式灵敏度高、线性范围大，四节式和五节式改善了传感器高、线性范围大，四节式和五节式改善了传感器线性度。线性度。差动变压器的等效电路差动变压器的等效电路LPRS2LS1M1M2LS2RS1RPiU0U差动变压器工作在理想情况下（差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响磁滞损耗和分布电容等影响）时的等效电路：）时的等效电路：MM1 1、MM2 2初级绕组与初级绕组与两个次级绕组间的互感；两个次级绕组间的互感；L LP P、R RP P初级绕组的电初级绕组的电感和有效电阻；感和有效电阻；L LS1S1、L LS2S2两个次级绕两个次级绕组的电感；组的电感；R R

8、S1S1、R RS2S2两个次级绕两个次级绕组的有效电阻；组的有效电阻；当当衔铁移向次级绕组衔铁移向次级绕组L LS1S1一边一边，互感，互感MM1 1增增大，大，MM2 2减小，因而次级绕组减小，因而次级绕组L LS1S1内的感应电动内的感应电动势大于次级绕组势大于次级绕组L LS2S2内的感应电动势，这时差动内的感应电动势，这时差动变压器输出电动势不为零。在传感器的量程内，变压器输出电动势不为零。在传感器的量程内，衔铁位移越大，差动输出电动势就越大。衔铁位移越大，差动输出电动势就越大。当当衔铁移向次级绕组衔铁移向次级绕组L LS2S2一边一边，差动输出电，差动输出电动势仍不为零，但由于移动

9、方向改变，所以输动势仍不为零，但由于移动方向改变，所以输出电动势反相。出电动势反相。因此因此通过差动变压器输出电动势的大小和通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。 当次级开路时，初级绕组的交流电流为：当次级开路时，初级绕组的交流电流为：PP.iP.LjRUI次级绕组的感应电动势为：次级绕组的感应电动势为：.P.IMjU11.P.IMjU22由于次级绕组反向串接，故差动变压器输出电压为由于次级绕组反向串接，故差动变压器输出电压为19-4 LjRUMMjUPP.i210其有效值为其有效值为22210PPiLRUMMU 铁芯处于中间位置

10、时，铁芯处于中间位置时，MM1 1 = = M M2 2 = = MM，U U0 0 = 0 = 0 铁芯上升时，铁芯上升时，MM1 1= = M M + +MM，MM2 2= = M M - -MM LRMUUPPi2202 铁芯下降时，铁芯下降时，MM1 1 = = M M - -MM，MM2 2 = = M M +MM LRMUUPPi2202e21e22差动变压器输出差动变压器输出电势电势与衔铁与衔铁位移位移x x的关系。的关系。其中其中x x表示衔铁表示衔铁偏离中心位置的偏离中心位置的距离。距离。 0 x图图3-123-12差动变压器输出特性差动变压器输出特性1 1、激励电压幅值与频

11、率的影响、激励电压幅值与频率的影响激励电源电压幅值的波动，会使线圈激励磁激励电源电压幅值的波动，会使线圈激励磁场的磁通发生变化，直接影响输出电势。而频率场的磁通发生变化，直接影响输出电势。而频率的波动，影响传感器原边阻抗，也影响输出。的波动，影响传感器原边阻抗，也影响输出。3.2.2 3.2.2 差动变压器的输出特性差动变压器的输出特性2 2、温度变化的影响、温度变化的影响周围环境温度的变化，引起线圈及导磁周围环境温度的变化，引起线圈及导磁体磁导率的变化，从而使线圈磁场发生变化体磁导率的变化，从而使线圈磁场发生变化产生温度漂移。当线圈品质因数较低时，影产生温度漂移。当线圈品质因数较低时，影响更