2.2電感傳感器南京理工大學紫金學院序言

南京理工大學紫金學院一、單線圈自感傳感器南京理工大學紫金學院1單線圈自感傳感器單線圈自感傳感器1南京理工大學紫金學院(1)工作原理單個線圈氣隙型自感傳感器工作原理如圖所示，圖a)所示為變氣隙長度型，圖b)所示為變氣隙截面積型。a)變氣隙長b)變氣隙截面積根據磁路知識，線圈的自感可按下式計算

式中N——線圈的匝數；Rm——磁路的總磁阻，即鐵芯、銜鐵和氣隙三部分磁路磁阻之和。單線圈自感傳感器1南京理工大學紫金學院

實際上由于鐵芯一般工作于非飽和狀態(tài)，此時鐵芯的導磁率遠遠大于空氣的導磁率，因而磁路的總磁阻主要由氣隙長度決定。即則有顯然改變氣隙的長度或截面積，都可以引起線圈自感的變化。單線圈自感傳感器1南京理工大學紫金學院

單線圈自感傳感器1南京理工大學紫金學院2)變氣隙截面積型由式(2.24)可知，變氣隙截面積S型傳感器的自感L與S之間成線性關系，但其靈敏度為此時，靈敏度低。實際上單個線圈的自感傳感器雖然結構簡單，但工作性能較差，一般很少采用，工程上廣泛采用兩線圈的自感傳感器。二、差動自感傳感器南京理工大學紫金學院2差動自感傳感器兩線圈的變氣隙式自感傳感器采用兩個線圈激磁，工作時兩線圈的自感呈反相變化，形成差動輸出，因而稱之為差動自感傳感器。差動自感傳感器亦有變氣隙長度型和變氣隙截面積型兩種，圖為變氣隙長度型差動自感傳感器原理圖。2差動自感傳感器南京理工大學紫金學院2差動自感傳感器(1)工作原理1)初態(tài)時：若結構對稱，且動鐵居中，則

2)動鐵上移時：則此時

3)動鐵下移時：同理可得由以上分析可得，動鐵位移時，輸出電壓的大小和極性將跟隨位移的變化而變化。南京理工大學紫金學院2差動自感傳感器

南京理工大學紫金學院圖2.21差動自感傳感器特性曲線

圖2.22基本交流測量電橋三、差動自感傳感器測量電路南京理工大學紫金學院3差動自感傳感器測量電路3差動自感傳感器測量電路(1).基本交流測量電橋圖2.22所示為差動自感傳感器基本交流測量電橋。阻抗Z1和Z2為傳感器兩線圈的等效阻抗，供橋電源由帶中心抽頭的變壓器次級線圈供給。由圖2.22所示電路分析可得南京理工大學紫金學院圖2.21差動自感傳感器特性曲線

圖2.22基本交流測量電橋3差動自感傳感器測量電路

南京理工大學紫金學院圖2.21差動自感傳感器特性曲線

圖2.22基本交流測量電橋代入式(2.25)得

3差動自感傳感器測量電路(3)動鐵下移時：同理可得南京理工大學紫金學院圖2.21差動自感傳感器特性曲線

圖2.22基本交流測量電橋由上述式子分析可知，基本交流測量電橋輸出電壓的大小可以反映動鐵位移的大小，輸出電壓的極性可以反映動鐵位移的方向；但由于交流電表不能指示交流電壓的極性，因而實際上無法判斷動鐵位移的方向。3差動自感傳感器測量電路用交流電表測得的基本交流測量電橋輸出特性如圖所示，圖中虛線為理想對稱狀態(tài)下的輸出特性，實線為實際輸出狀態(tài)。由于電路結構不完全對稱，初態(tài)時電橋不完全平衡，因而產生靜態(tài)零偏壓，稱之為零點殘余電壓。南京理工大學紫金學院四、帶相敏整流的交流電橋南京理工大學紫金學院4帶相敏整流的交流電橋4帶相敏整流的交流電橋由于交流電壓表不能直接指示電橋輸出電壓的極J性，即無法確定動鐵位移的方向，因而通常在交流測量電橋中引入相敏整流電路，把測量橋的交流輸出轉換為直流輸出，而后用零值居中的直流電壓表測量電橋的輸出電壓，原理電路如圖所示。南京理工大學紫金學院圖中Z1，Z2為差動線圈等效阻抗，R為平衡電阻，D1~D4組成相敏整流電路，Z1，Z2和兩個R組成電橋。Ui為供橋交流電壓，Uo為測量電路的輸出電壓，由零值居中的直流電壓表指示輸出電壓的大小和極性。4帶相敏整流的交流電橋(1)初態(tài)時：由于動鐵居中，即Z1=Z2=Z，由于橋路結構對稱，此時UB=UC，即Uo=UB-UC=0。南京理工大學紫金學院

指示表指針右偏，讀數為正，表明動鐵在下移。4帶相敏整流的交流電橋由于帶相敏整流的交流測量電橋輸出為直流電壓，用直流電壓表不但可以測量輸出電壓的大小，而且可以測量輸出電壓的極性，如圖所示為帶相敏整流的交流測量電橋的輸出特性。由于電壓輸出特性曲線通過零點，因而不但可以表示輸出電壓的極性隨位移方向而發(fā)生變化，同時消除了零點殘余電壓，還增加了線性度。南京理工大學紫金學院五、緊耦合測量電橋南京理工大學紫金學院5緊耦合測量電橋5緊耦合測量電橋緊耦合測量電橋具有較高的穩(wěn)定性和靈敏度，因而在工程中常被采用。其原理電路如圖所示，Z1和Z2為差動兩線圈等效阻抗，兩個N為兩固定的緊耦合線圈匝數，M為兩耦合線圈間的互感。南京理工大學紫金學院

5緊耦合測量電橋如圖所示為兩緊耦合線圈的T形等效電路，圖中南京理工大學紫金學院5緊耦合測量電橋如圖所示為緊耦合測量電橋的等效電路。由此等效電路可以分析緊耦合測量電橋的輸出電壓及其靈敏度。南京理工大學紫金學院六、測量橋輸出電壓南京理工大學紫金學院6測量橋輸出電壓6測量橋輸出電壓

南京理工大學紫金學院

同理可求得動鐵下移時輸出電壓Uo的表達式為式中負號即表示動鐵在向下移。式(2.31)和式(2.32)說明緊耦合轎輸出電壓可以反映動鐵位移的大小和方向。七、測量橋靈敏度南京理工大學紫金學院7測量橋靈敏度7測量橋靈敏度南京理工大學紫金學院

此時，測量橋的靈敏度為當測量橋無耦合時，即耦合系數K=0，此時可推導其輸出電壓為此時測量橋的靈敏度為

八、差動變壓器南京理工大學紫金學院8差動變壓器8差動變壓器南京理工大學紫金學院

a)結構b)等效電路8差動變壓器南京理工大學紫金學院根據電路原理，初級線圈的激磁電流為在動鐵和次級線圈中產生的磁通分別為

次級兩線圈中的感應電動勢分別為

8差動變壓器南京理工大學紫金學院由此可得差動變壓器空載輸出電壓其有效值為輸出阻抗為其大小為

8差動變壓器南京理工大學紫金學院

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此時，適當增加激勵頻率，也可以提高靈敏度。8差動變壓器南京理工大學紫金學院

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