差动式自感传感器的结构原理及应用

1）结构和工作原理

图4.3　差动式E形自感传感器结构

扫描下图可浏览AR资源——差动式E形结构自感传感器。

初始状态时，衔铁位于中间位置，两边气隙宽度相等，因此两只电感线圈的电感量相等，接在电桥相邻臂上，电桥输出，即电桥处于平衡状态。

当衔铁偏离中心位置，向上或向下移动时，造成两边气隙宽度不一样，使两只电感线圈的电感量一增一减，电桥不平衡。电桥输出电压的大小与衔铁移动的大小成比例，其相位则与衔铁移动的方向有关。因此，只要能测量出输出电压的大小和相位，就可以确定衔铁位移的大小和方向，衔铁带动连动机构就可以测量多种非电量，如位移、液面高度和速度等。

2）输出特性

输出特性是指电桥输出电压与传感器衔铁位移量之间的关系。当构成差动式自感传感器，且接入电桥的相邻臂时，电桥输出电压将与ΔL有关（下移），即

式中，L0为衔铁在中间位置时单个线圈的电感量。从式（4.17）可以看出，输出不存在偶次项，因此非线性得到了改善。(www.xing528.com)

差动式自感传感器的灵敏度，在忽略高次项后得到

它比单个自感式传感器提高了一倍。

3）螺管式和差动螺管式自感传感器

图4.4是螺管式自感传感器的结构原理图，它由螺管线圈和铁芯组成，铁芯插入线圈中并可来回移动。当铁芯发生位移时，将引起线圈电感的变化。这种传感器的优点是测量范围大，检测位移量可从数毫米到数百毫米，广泛应用于测量大量程直线位移；其缺点是灵敏度低。

图4.4　螺管式自感传感器结构原理图

差动螺管式自感传感器的结构原理如图4.5所示，它由两个相同的螺管线圈和铁芯组成，铁芯平时处在两螺管线圈的对称位置上，使两边螺管线圈的初始电感值相等。两个螺管线圈与电桥的两个相邻臂相连，当铁芯因被测物体位移在螺管线圈中移动时，电桥失去平衡，从而可从电桥输出电压中反映出被测物体位移量的大小和方向。差动螺管式自感传感器的动态测量范围为1～200 mm，线性度为0.1%～1%，分辨率小于0.01 μm，广泛应用于机械位移及尺寸测量。

图4.5　差动螺管式自感传感器结构原理图