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电感式位移传感器
作者：袁夫康
来源：《中学物理·高中》2015年第06期
1电感式位移传感器原理
电感式传感器也称为自感式传感器或可变磁阻式传感器.图1为自感式传感器原理图，它是由线圈1、铁心2和衔铁3所组成.线圈是套在铁心上的.在铁心和衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为δ.传感器的运动部分与衔铁相连，运动部分产生位移时，空气隙厚度δ产生变化，从而使电感值发生变化.
由电工学可知，线圈的电感值可按下式计算：
当铁心材料和线圈匝数确定后，电感L与导磁横截面S0成正比，与气隙长度δ成反比.如果通过被测量改变S0和δ，则可实现位移与电感间的转换，这就是电感传感器的工作原理. 2电感式位移传感器分类
电感式传感器分为3种类型：改变气隙厚度δ的自感传感器，即变间隙式电感传感器；改变气隙截面S的自感传感器，即变截面式电感传感器；同时改变气隙厚度δ和气隙截面S的自感传感器，即螺管式电感传感器.
变间隙型电感传感器，这种传感器的气隙δ随被测量的变化而改变，从而改变磁阻.它的灵敏度和非线性都随气隙的增大而减小，因此常常要考虑两者兼顾.δ一般取在0.1～0.5毫米之间.
改变面积型电感传感器，这种传感器的铁芯和衔铁之间的相对覆盖面积（即磁通截面）随被测量的变化而改变，从而改变磁阻.它的灵敏度为常数，线性度也很好.
螺管插铁型电感传感器.它由螺管线圈和与被测物体相连的柱型衔铁构成.其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化.衔铁随被测物体移动时改变了线圈的电感量.这种传感器的量程大，灵敏度低，结构简单，便于制作. 3电磁式位移传感器实例 3.1仪器简介
浙江天煌科技实业有限公司，生产的TH-DGWY型电感式位移传感器，是以一种比较简单的机构来演示用改变电感来测量位移的方法.当待测物体移动时，带动软铁芯移动，软铁芯插入线圈的长度改变时，通电线圈的电感量会随之改变.仪器结构如图2和图3.
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3.3实验数据分析
电源由J1209-2高中教学电源提供，根据实验要求，选用14V交流电压档，实际输出电压为U0=16.72V.当插入距离为零时，线圈两端的电压为U1=4.61V，电阻两端的电压为
U2=12.67V.U0≠U1+U2，电压是标量，为什么不能简单叠加呢？关键的问题是相位差这个因素在起作用，对于电感元件，电压的相位超前电流的相位π/2.理想线圈L和电阻R串联，满足U0=U21+U22关系.
随着插入距离增加，线圈电感增加，线圈两端的电压增加.更加直观体现，作电压-位移散点图（图4）.
随着科技的不断的发展，传感器融合了材料科学、纳米技术、微电子等领域的前沿技术，位移传感器应用范围非常之广，未来的传感器将会应用进去更多的新材料，改变传感器原有的缺陷，而位移式样的传感器也会更加的多元化以及多功能化，使其适用于不同的压力、温度，并且改进其测量方法使其可以测量出更多种类的精确数据，无论是位移传感器还是其他种类的传感器都将成为未来工业自动化控制的重要的不可缺少的一部分.
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