自感型电感式传感器及其应用
 
摘  要
    随着信息时代的到来，信息技术对社会发展、科学进步起到了决定性的作用。信息技术的基础包括信息采集、信息传输与信息处理，而信息的采集离不开传感器技术。近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。作为新型传感器的一种——变磁阻式传感器，对其深入研究也就更加愈加重要。本文磁阻式传感器的基本概念入手，着重讨论了电感式、变压器式和电涡流式三种传感器的工作原理、输出特性、测量电路及其在生活中的实际应用。旨在帮助我们利用传感器知识更好的改善生活，提高生活质量，从而促进社会进步。
关键词： 变磁阻式传感器； 电感式； 变压器式； 电涡流式； 原理； 应用
Abstract
With the advent of the information age, information technology played a decisive role on so
cial development, scientific progress. The foundation of information technology includes information collection, information transmission and information processing, and information collection cannot ignore the sensor technology. In recent years, the sensor is in the stage of development from traditional to new. Magnetic resistance sensor as a kind of new type of sensor, the research of it is becoming more and more important. This paper started with the basic concept of magnetic resistance sensor, and discussed the inductive, transformer and the eddy current type of the sensor's working principle, output characteristics, measurement circuit and the actual application in the life. Using sensors aimed at helping us improve life, also to promote social progress.   
Keywords：Magnetic Resistance Sensor; Inductive; Transformer; Eddy Current Type; Working Principle Application
1.自感式电感传感器
1.1自感式电感传感器定义
  自感式电感传感器，利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的传感器。可用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。既可用于动态测量，也可用于静态测量。实质上是一种机电转换装置，在自动控制系统中应用十分广泛，是非电量测量的重要传感器之一。
1.2自感式电感传感器分类
刑事拘留期限根据转换原理，分为电感式（自感L变化）、变压器传感式（互感M变化）、电涡流式（L、M都变化）传感器；根据结构形式，分为气隙型、面积型、螺管型传感器。本文主要按转换原理分类，逐个进行介绍。
1.3自感式电感传感器的优缺点
  具有以下优点：结构简单，工作可靠，寿命长；灵敏度高，分辨力大，能分辨0.01的位移变化；重复性好，线性度优良；能实现远距离传输、记录、显示和控制。
有两个不足：灵敏度、线性度和测量范围相互制约；存在交流零位信号，不宜高频动态测量。
2.电感式传感器
2.1工作原理
  电感式传感器，是利用线圈自感量的变化来实现测量的。它的结构由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连。当被测量变化时，使衔铁产生位移，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感量变化。因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。
线圈中电感量：，其中是线圈匝数，是总磁阻。且  （是磁导率，是空气气隙）
因为 所以
若气隙截面积A保持不变，则L为δ的单值函数，构成变气隙厚度式自感传感器；
任的多音字组词保持气隙间距δ不变，A随被测量（如位移）变化，构成变气隙面积式自感传感器。
传感器灵敏度： S与气隙长度的平方成反比，愈小，S愈高，同时存在非线性误差。为减小此误差，通常规定在较小间隙变化范围内使用，一般取。这种传感器适用于较小位移（0.001~1mm张敬轩出柜）的测量。
2.2输出特性
巫漪丽一生未婚气隙厚度时自感系数：。
当衔铁上移时，传感器气隙减小，即，则输出电感为当时，用泰勒级数展开成级数形式：；当衔铁随被测的初始位置向下移动时，同理有忽略高次项线性处理得：，因此既可确定衔铁位置又可确定方向。
电感灵敏度：
2.3测量电路
自感式传感器实现了把被测量的变化为电感量的变化。为了测出电感量的变化，就要用转换电路把电感量的变化转换成电压（或电流）的变化，最常用的转换电路如下：（1）变压器电桥电路：基本原理是输出电压反映了传感器线圈阻抗的变化。
（2）相敏检波电路：基本原理是输出电压经相敏检波可反映位移的大小和方向。
（3）调频电路：基本原理是传感器电感的变化引起输出电压频率图层蒙版的变化。
（4）调相电路：基本原理是传感器电感的变化将引起输出电压相位的变化。
2.4实践应用
（1）应用于电感式滚珠直径分选装置。
（2）应用于磨加工主动测量、测量长度位移量和制做电子测微仪。
3.变压器式传感器
李念 林和平
3.1工作原理
  变压器式传感器，是利用变压器作用原理把被测位移等转换为初、次级线圈互感变化的。闭磁路变隙式差动变压器的结构：在A、B两个铁芯上绕有的两个初级绕组和两个次级绕组。两个初级绕组的同名端顺向串联， 而两个次级绕组的同名端则反向串联。
当被测体没有位移时衔铁处于初始平衡位置，与两个铁芯的间隙相等，则两绕组的互感相等，则两个次级绕组的互感电势相等。因次级绕组反相串联，差动变压器输出电压为零。 当被测体有位移时衔铁的位置发生变化，两次级绕组的互感电势不相等，即差动变压器有电压输出。
输出电压的大小与相位反映位移的大小和方向。
图4-8所示是变隙电感式压力传感器的结构图。它由膜盒、铁芯、衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一起。
当压力进人膜盒时，膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移。于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表指示值就反映了被测压力的大小。
3.2输出特性
研究前提是：在忽略铁损（即涡流与磁滞损耗忽略不计）、漏感以及变压器次级开路（或负载阻抗足够大）的条件下的等效电路。不考虑铁芯与衔铁中的磁阻影响时，变隙式差动变压器输出电压为
当衔铁处于初始平衡位置时U2=0。若被测体带动衔铁移动，向上移动Δδ（向上移动为正）时有  由此可知，变隙式差动变压器的输出电压与衔铁位移量成正比。
闭磁路变隙式差动变压器的输出特性表明，变压器输出电压大小与衔铁位移大小成正比，相位根据衔铁移动方向与输入电压同相或反向。
变隙式差动变压器灵敏度K的表达式为：电源幅值的适当提高可以提高灵敏度值，但要以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。增加W2/W1的比值和减小δ0都能使灵敏度K值提高。但W2/W1的比值与变压器的体积及零点残余电压有关。一般选择传感器的δ0为0.5 mm。
图4-9所示为变隙式差动电感压力传感器。它主要由C形弹簧管、衔铁、铁芯和线圈等组成。
当被测压力进人C形弹簧管时，C形弹簧管产生变形，其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化，即一个电感量增大，另一个电感量减小。电感的这种变化通过电桥电路转换成电压输出。由于输出电压与被测压力之间成比例关系，所以只要用检测仪表测证出输出电压，即叮得知被测压力的大小。
3.3测量电路
差动变压器输出交流电压，用交流电压表测量，只能反映衔铁位移大小，不能反映移动方向；测量值中还包含零点残余电压。为了辨别移动方向和消除零点残余电压，实际测量时，常常采用差动整流电路和相敏检波电路。
典型差动整流电路有：半波电压输出，全波电压输出，半波电流输出，全波电流输出四种电路。差动整流电路，电压输出的，适用于交流阻抗负载；电流输出的，适用于低阻抗负载。并且差动整流电路具有结构简单, 不需要考虑相位调整和零点残余电压的影响, 分布电容影响小和便于远距离传输等优点，因而获得广泛应用。