一、自感感測器的基本概念
自感感測器是利用自感量隨氣隙而改變的原理利成的，用來測量位移。較實用的自感傳cjmc%ddz
感器的結構示意圖如圖1所爾。它主要由線圈、鐵芯、銜鐵及測桿(或轉鈾)等組成。
自感感測器常見的形式荷變隙式、變截面式、螺管式莉磋動式4種。
(一)自感感測器的工作原理
在圖4—1(a)、(b)所示的自感感測器原理圖中，儘管在鐵芯和銜鐵問有乙個空氣氣隙，但
由於其值不大，ti**所以傲路(圖小點劃線表不隘路)足封閉的。根據磁路的基本知識，線圈自感可
以按下式計算，即
式中，計——線圈匝數；
rm——磁路總磁阻，單位為h『。
對圖w言，因為氣隙厚度5fr4、，可以認為氣隙磁場足均勻的，若忽略磁路中鐵損耗，則總
磁阻為當鐵；3的結構與材料確定後，式(4—3)分母的第一狽為常數，此時月您l足氣隕厚度6和
氣隙有效截面積4的函式，即l＝／(5ta)。若保持a不變，則l為6的單值函式，可構成變氣
隙式自感感測器；若保持o不變，使a隨位移而變化，則uf形成變截面式自感感測器。它們分
別如圖41(a)、(b)所示。
如圖1(c)所示，線圈中故人的圓柱形銜鐵，也是乙個可變自感，使銜鐵做k
自感量將相應變化，這就構成螺管式白感感測器。
(二)變隙式自感感測器
如圖1所示，感測器工作時銜鐵與被測體連線。當被測體按如圖的方向產生iaj的
位移時，銜鐵與其同步移動，引起磁路中氣隙的磁阻發生相應的變化，從而引起線圈的電感受
化。因此，只要測出自感旦的變化，就能確定銜鐵(即被測體)位移量的大小和方向。這就是閉
合磁路變隙式自感感測器的工作原理。
由於氣隙的磁阻遠大於鐵心和銜鐵的磁阻，從而在定量計算時可忽略掉鐵芯和銜鐵的磁
kk．ri[特性曲線如圖4—2(a)所示，輸入、輸出成非線性關係。靈敏度xi為
在式(4—5)中，k1與6有關，因而x1表示一常數，6越小，靈敏度k1越高。為了保讓一
定的線性度，變隙式白感感測器僅能工作在很小一段的區域，因而只能用於微小位移的測量。
[三)變截面式自感感測器
網1(b)所示為變截面式自感感測器結構圖。在式(4—5)中，同樣n確定後，若保持氣
隙厚度6為常值0。，則ti**商l＝廣(a)，它的待性曲線如圖2(b)所不。理想狀態下輸入、輸出成
線性關係。仍由於漏感等原因，它的特性曲線並非是線性的，而且它的線性區較小，靈敏度低。
靈敏度x 2為 (四]螺管式自感感測器
單線圈螺管式自感感測器的結構如圖4—1(c)所不。螺管式自感感測器的工作原理是：
當以線閣磁力線洩露路徑上的磁阻變化為基礎測量時7h於銜鐵隨被測體移動，導致線圈電感
量變化，即線圈的電感量與銜鐵插入的深度zl有關。
對丁長螺線管(l》r)，當銜鐵工作在螺線管的中部時，可認為線圈內磁場強度是均勻的。
此時線圈電感量l與銜鐵插人深度j1大致成正比。
這種感測器結構簡單，製作容易，但靈敏度稍低，且銜鐵在螺線管的中間時、)j有可能成線
性關係。此感測器適合在位atmel移較大的場合測量。
(五)差動式自感感測器
使用自感感測器時，當勵磁線圈通以交流電流時。銜鐵始終承受電磁吸力，會引起振動及
附加誤差，而且非線性誤差較大；向時外界的干擾，如電源電壓頻率的變化、溫度的變化都使輸
出產生誤差。出此，在實物；工作中常採用差動形式，既可以提高感測器的靈敏度，又可以減小
誤差、 〔．結構特點
差動式自感感測器的結構如圖4—3所承。兩個完全相同、單個線圈的自感感測器共用一
根活動銜鐵就構成了差動式白感感測器。羌動式自感感測器的結構要求是兩個導磁體的幾何尺寸完全祁同，材料效能完全相同；兩
個線圈的電氣引數(如電感、atmel**商隨數、直流電阻、分布電彈等)和幾何尺寸也完全相同。
2．工作原理和特性
在公隙式差動感測器小。隨被測量移動們偏離lf，火價置時，兩個線圈的電感量
乙個減小，形成差動形式。差動式與單線圈自感感測器分線性比較。從閣4—4可以看出．差動式自感傳
感器的線性較好，rl輸出曲線較陡，靈敏度約為非差動式自感化感器的兩倍。
採用差動式結構除了可以改善線性、提高靈敏度外，對外界影響。如溫度變化、電源頻率的
變化等包基本上可以祁互抵消，銜飲承受的電磁吸力也較小，從而減小了測量誤差。
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