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2. 常用的传感器技术 2.3 电感式传感器

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2022-09-09 / 0 评论 / 340 阅读 / 0 点赞

2. 常用的传感器技术

2.3 电感式传感器

电感式传感器是利用线圈自感互感系数的变化来实现测量的一种装置。可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。电感式传感器类型主要包括:自感式,互感式,电涡流式。 电感式传感器的核心部分是可变自感可变互感,在被测量转换成线圈自感或互感的变化时,一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。

2.3.1 自感式传感器

线圈自感

自感式传感器原理图
自感式传感器原理图

——线圈总磁链,单位:韦伯;

——平均磁通量,单位:韦伯;

——通过线圈的电流,单位:安培;

——线圈的匝数;

——磁路总磁阻,单位:

——各端导磁体的长度;

——各段导磁体的磁导率;

——各段导磁体的截面积;

——空气隙的厚度;

——真空磁导率;

——空气隙截面积。

可见

通过改变气隙,截面积及放入圆形衔铁,可构成不同的传感器。

1. 变气隙式自感传感器

通常气隙的磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻:

,

之间是非线性关系。

当衔铁处于初始位置时,初始电感量为: ,当衔铁上移 时,则 ,代入公式可得:

2. 变面积式自感传感器

传感器气隙长度保持不变,令磁通截面积随被测非电量而变,设铁芯材料和衔铁材料的磁导率相同,则此变面积自感传感器自感 为:

——气隙总长度;

—— 铁芯和衔铁中的磁路总长度;

—— 铁芯和衔铁材料相对磁导率;

变面积式自感传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下,输入与输出呈线性关系。

2.3.2 互感式传感器

把被测的非电量转变为线圈间互感系数变化的传感器称为互感式电感传感器 。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的。不同的是后者为闭合磁路 ,前者为开磁路 ;后者初、次级间的互感为常数 ,前者初、次级间的互感随衔铁移动而变化 ,且两个次级绕组用差动形式连接,因此又称为差动变压器式传感器 ,或称线性可调差动变压器 ,简称

1. 工作原理和类型

  • 差动变压器分为变气隙式、变面积式与螺管式三种类型。

在忽略线圈寄生电容、铁芯损耗、漏磁以及变压器次级开路 ( 或 负载阻抗足够大)的情况下,差动变压器的等效电路如下图所示。图中 分别为初级绕组、两个次级绕组的铜电阻与电感。

差动变压器等效电路
差动变压器等效电路

根据电磁感应定律,次级绕组中感应电势的表达式为:

,

由于次级两绕组反相串联,根据变压器原理,传感器开路输出电压为两次级线圈感应电势之差,即

输出电压有效值:

2. 互感式差动变压器传感器的应用

差动变压器式传感器可以用于位移的测量 。一些与位移有关的机械量,如振动、加速度、应变、张力或厚度等都可以用差动变压器进行测量。

差动变压器式加速度传感器原理图
差动变压器式加速度传感器原理图

2.3.3 电涡流传感器

1. 电涡流效应:

电涡流效应原理图 1、线圈; 2、金属板; 3、涡流
电涡流效应原理图 1、线圈; 2、金属板; 3、涡流

块状金属导体置于变化的磁场中,导体内将产生呈涡旋状的感应电流 , 此电流叫电涡流 , 以上现象称为电涡流效应。

2. 应用

对位移、厚度、材料损伤等进行非接触式连续测量。

3. 分类

高频反射式和低频透射式

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