低速圆度仪电感式传感器及其前置电路的研究与设计

　　1.概述：

　　研发了一种小量程差动式电感传感器及前置调理电路。介绍了传感器的结构与工作原理及前置电路组成和工作原理，并对传感器系统进行实际生产验证。实际生产应用结果表明，在常温常压条件下，传感器及前置电路的测量系统的综合误差小于0.1%。这种位移传感器响应快，灵敏度高，耐用和高性价比等特点，适合于微小位置的测量场所。位移传感器主要分霍尔传感器，光电式传感器，变磁阻电式，变电容式等几大类。其中电感式传感器在机械加工测量应用较多，这种传感器的优点是，工作中没有活动的点接触头，因而工作寿命长。

　　电感式传感器(变磁阻式传感器)又分三大类，一是差动电感式传感器，适合于微量位移测量场合，大多应用在小于1mm的测量范围，二是差动变压器式传感器，一般应用在测量范围较大的场所，三是涡流式传感器，大多用在非接触测量的场合，测量精度较前二者低，稳定性稍差。前二者的优点是：分辨率高，线性好，重复性好，适于精密测量的要求。

　　2.电感式传感器的工作原理

　　由磁感应原理可知，线圈中的电感L计算式为：

　　式中：S为气隙面积;δ为气隙厚度;w为线圈匝数;μ0为空气导磁率;

　　如下图所示，当衔铁产生位移时，气隙厚度δ或气隙面积S产生变化，因而使线圈中的电感L和线路中的电流发生变化。

　　电感式传感器的工作原理是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。按照转换方式的不同可分为自感式(包括可变磁阻式与涡流式)和互感式(差动变压器式)两种。

　　电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。

　　电感式传感器具有以下特点：

　　(1)结构简单，传感器无活动电触点，因此工作可靠寿命长。

　　(2)灵敏度和分辨力高，能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。

　　(3)线性度和重复性都比较好，在一定位移范围(几十微米至数毫米)内，传感器非线性误差可达0.05%~0.1%。同时，这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是，它有频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。

　　本文重点介绍的是自感式传感器。由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。电感式传感器的特点是：