電感式傳感器原理及應(yīng)用課件

電感式傳感器原理及應(yīng)用電感式傳感器原理及應(yīng)用1內(nèi)容1變磁阻式電感傳感器2差動變壓器式電感傳感器3電渦流式傳感器

內(nèi)容1變磁阻式電感傳感器2概述

電感式傳感器是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，特別是在自動控制設(shè)備中廣泛應(yīng)用。電感式傳感器利用電磁感應(yīng)定律將被測非電量（如位移、壓力、流量、振動）轉(zhuǎn)換為電感或互感的變化。按傳感器結(jié)構(gòu)可分為：自感式互感式電渦流式。概述電感式傳感器是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，特別是在自動控制設(shè)備3概述各種電感式傳感器非接觸式位移傳感器測厚傳感器電感粗糙度儀接近式傳感器概述各種電感式傳感器非接觸式位移傳感器測厚傳感器電接近式傳感4概述電感式傳感器應(yīng)用電感傳感器測量滾珠直徑，實現(xiàn)按誤差分裝塞選概述電感式傳感器應(yīng)用電感傳感器測量滾珠直徑，實現(xiàn)按誤51變磁阻式傳感器（自感式）

1.1工作原理

結(jié)構(gòu):由線圈、鐵芯、銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為δ;

傳感器運動部分與銜鐵相連，銜鐵移動時δ發(fā)生變化，引起磁路的磁阻Rm變化，使電芯線圈的電感值L變化；只要改變氣隙厚度或氣隙截面積就可以改變電感。1變磁阻式傳感器（自感式）結(jié)構(gòu):由線圈、鐵芯、銜鐵三部分61變磁阻式傳感器（自感式）

1.1工作原理線圈自感可按下式計算：式中：N:線圈匝數(shù)；Rm:磁路總磁阻；

S0:氣隙的截面積；

δ:氣隙厚度；

μ0:導(dǎo)磁率（真空、空氣）1變磁阻式傳感器（自感式）線圈自感可按下式計算：式中：N71變磁阻式傳感器（自感式）

1.2輸出特性

銜鐵位移Δδ引起的電感變化為：電感初始?xì)庀鼎?處初始電感量為L0

δ0LδL0L0+ΔL0L0－ΔL01變磁阻式傳感器（自感式）銜鐵位移Δδ引起的電感變化為：81變磁阻式傳感器（自感式）

1.2輸出特性

Δδ/δ<<1時，用泰勒級數(shù)展開銜鐵下移時(δ增大)

銜鐵上移時(δ減小)

1變磁阻式傳感器（自感式）Δδ/δ<<1時，用泰勒級數(shù)91變磁阻式傳感器（自感式）

1.2輸出特性

對上式作線性處理忽略高次項時討論：變間隙式電感傳感器用于小位移比較精確；一般Δδ/δ=0.1-0.2；為減小非線性誤差，實際測量中多采用差動式。靈敏度

1變磁阻式傳感器（自感式）對上式作線性處理忽略高次項時討論101變磁阻式傳感器（自感式）

1.2輸出特性

差動式原理：差動變隙式由兩個相同的線圈和磁路組成。當(dāng)被測量通過導(dǎo)桿使銜鐵上下位移時，兩個回路中磁阻發(fā)生大小相等、方向相反的變化，形成差動形式。1變磁阻式傳感器（自感式）差動式原理：111變磁阻式傳感器（自感式）

1.2輸出特性

對上式進(jìn)行線性處理并忽略高次項：差動式靈敏度為：

電感的變化為：1變磁阻式傳感器（自感式）對上式進(jìn)行線性處理并忽略高次項121變磁阻式傳感器（自感式）

1.2輸出特性

討論：比較單線圈，差動式的靈敏度提高了一倍；差動式非線性項比單線圈多乘了(Δδ/δ)因子；不存在偶次項，因Δδ/δ<<1，線性度得到改善。差動式的兩個電感結(jié)構(gòu)，可抵消溫度、噪聲干擾的影響。1變磁阻式傳感器（自感式）討論：131變磁阻式傳感器（自感式）

1.3測量電路（1）變壓器式交流電橋

電橋的兩臂是傳感器線圈阻抗臂、另外兩個臂是交流變壓器次級線圈各占1∕2，交流供電。

橋路輸出電壓為：1變磁阻式傳感器（自感式）電橋的兩臂是傳感器線圈阻抗臂、141變磁阻式傳感器（自感式）

1.3測量電路銜鐵上下移動相同距離時，輸出電壓大小相等方向相差180o，要判斷銜鐵方向就是判斷信號相位。

當(dāng)銜鐵在中間位置

Z1=Z2=ZU0=0

當(dāng)銜鐵偏移時輸出電壓當(dāng)銜鐵偏向另一方向1變磁阻式傳感器（自感式）銜鐵上下移動相同距離時，輸出電壓151變磁阻式傳感器（自感式）

1.3測量電路（轉(zhuǎn)換電路）

（2）交流電橋式兩個橋臂由相同線圈組成，另外兩個為平衡電阻

交流電橋結(jié)構(gòu)示意圖等效電路1變磁阻式傳感器（自感式）兩個橋臂由相同線圈組成，另外兩個161變磁阻式傳感器（自感式）

1.3測量電路（轉(zhuǎn)換電路）因輸出電壓為：

可見電橋輸出電壓UAC與氣隙變量Δδ有關(guān)

代入電橋輸出為：1變磁阻式傳感器（自感式）因輸出電壓為：可見電橋輸出電壓171變磁阻式傳感器（自感式）

1.3測量電路（3）諧振式（調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相）

調(diào)幅式電路輸出幅值隨電感L變化

調(diào)頻電路電感L變化時諧振頻率變化1變磁阻式傳感器（自感式）調(diào)幅式電路調(diào)頻電路181變磁阻式傳感器（自感式）

1.4變磁阻式傳感器的應(yīng)用壓力測量

被測壓力經(jīng)位移——電壓兩次轉(zhuǎn)換輸出1變磁阻式傳感器（自感式）被測壓力經(jīng)位移——電壓兩次轉(zhuǎn)換192差動變壓器式傳感器（互感式）2.1工作原理

把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換成為線圈互感量的變化的傳感器稱為互感式傳感器。根據(jù)變壓器的基本原理制成，并將次級線圈繞組用差動形式連接。差動變壓器的結(jié)構(gòu)形式較多，應(yīng)用最多的是螺線管式差動變壓器。它可測量1—100mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移。次級次級骨架初級銜鐵次級次級初級2差動變壓器式傳感器（互感式）把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換成為202差動變壓器式傳感器（互感式）

等效電路：兩個次級線圈必須反相串聯(lián)接，保證差動形式。如果線圈完全對稱并且銜鐵處于中間位置時兩線圈

互感系數(shù)相等電動勢相等

差動輸出電壓為零：初級線圈次級線圈2差動變壓器式傳感器（互感式）等效電路：差動輸出電壓為零212差動變壓器式傳感器（互感式）2.1工作原理

可見:

輸出電壓大小和符號反映了鐵心位移的大小和方向。當(dāng)銜鐵上下移動時，輸出電壓隨銜鐵位移變化。

若銜鐵上移

若銜鐵下移

2差動變壓器式傳感器（互感式）可見:當(dāng)銜鐵上下移動時，222差動變壓器式傳感器（互感式）2.2基本特性由此得到輸出電壓有效值為：

可見輸出電壓與互感的差值有關(guān)根據(jù)電磁感應(yīng)定律，次級感應(yīng)電動勢分別為2差動變壓器式傳感器（互感式）由此得到輸出電壓有效值為：232差動變壓器式傳感器（互感式）2.2基本特性

鐵芯向右移，輸出與E2a同極性；鐵芯向左移，輸出與E2b同極性。輸出電壓的幅值取決于線圈互感即銜鐵在線圈中移動的距離X。Uo與Ui的相位由銜鐵的移動方向決定。第6章電感式傳感器2差動變壓器式傳感器（互感式）鐵芯向右移，第6章電242差動變壓器式傳感器（互感式）第6章電感式傳感器差動變壓器輸出電壓和位移的關(guān)系2差動變壓器式傳感器（互感式）第6章電感式傳感器差動變252差動變壓器式傳感器（互感式）2.3零點殘余電壓

由于兩個次級線圈繞組電氣系數(shù)（M互感L電感R內(nèi)阻）不同，幾何尺寸工藝上很難保證完全相同。實際的特性曲線，在零點上總有一個最小的輸出電壓，這個鐵芯處于中間位置時最小不為零的電壓稱為零點殘余電壓。

第6章電感式傳感器2差動變壓器式傳感器（互感式）由于兩個次級線圈繞組電氣系262差動變壓器式傳感器（互感式）2.3零點殘余電壓

為減小零點殘余電壓的影響，一般要用電路進(jìn)行補(bǔ)償,電路補(bǔ)償?shù)姆椒ㄝ^多,可采用以下方法。串聯(lián)電阻：消除兩次級繞組基波分量幅值上的差異；并聯(lián)電阻電容：消除基波分量相差，減小諧波分量；加反饋支路：初次級間反饋，減小諧波分量；相敏檢波對零點殘余誤差有很好的抑制作用。串聯(lián)電阻并聯(lián)電阻第6章電感式傳感器2差動變壓器式傳感器（互感式）為減小零點殘余電壓的影響，272差動變壓器式傳感器（互感式）2.4測量電路

第6章電感式傳感器一般采用反串電路和橋路兩種。反串電路是直接把兩個二次線圈反向串接（如圖3.21）。這種情況下空載輸出電壓等于二次側(cè)線圈感應(yīng)電動勢之差，即：

圖3.21二次線圈反串電路

2差動變壓器式傳感器（互感式）第6章電感式傳感器一般采282差動變壓器式傳感器（互感式）2.4測量電路

第6章電感式傳感器橋路如圖3.22所示：其中R1，R2是橋臂電阻，Rw是供調(diào)零用的電位器。設(shè)R1＝R2，則輸出電壓：

圖3.22差動變壓器使用的橋路

可見橋路的靈敏度為前面的0.5，但其優(yōu)點是利用Rw可進(jìn)行調(diào)零，不再需要另外配置調(diào)零電路。

(3-37)2差動變壓器式傳感器（互感式）第6章電感式傳感器橋路如292差動變壓器式傳感器（互感式）2.5應(yīng)用舉例

差動變壓器式傳感器可直接用于位移測量，也可以用來測量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如振動，加速度，應(yīng)變等等。第6章電感式傳感器（1）壓差計當(dāng)壓差變化時，腔內(nèi)膜片位移使差動變壓器次級電壓發(fā)生變化，輸出與位移成正比，與壓差成正比。2差動變壓器式傳感器（互感式）差動變壓器式傳感器可直接302差動變壓器式傳感器（互感式）2.5應(yīng)用舉例第6章電感式傳感器（2）液位測量沉筒式液位計將水位變化轉(zhuǎn)換成位移變化，再轉(zhuǎn)換為電感的變化，差動變壓器的輸出反映液位高低。2差動變壓器式傳感器（互感式）第6章電感式傳感器（2）312差動變壓器式傳感器（互感式）第6章電感式傳感器（3）測厚度2差動變壓器式傳感器（互感式）第6章電感式傳感器（3）323電渦流式傳感器

由法拉第電磁感應(yīng)原理可知：一個塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作用切割磁力線運動時，導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生一圈圈閉和的電流，這種電流叫電渦流，這種現(xiàn)象叫做電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制作的傳感器稱電渦流傳感器;

電渦流傳感器能夠?qū)Ρ粶y量進(jìn)行非接觸測量;

形成電渦流必須具備兩個條件：①存在交變磁場②導(dǎo)電體處于交變磁場中第6章電感式傳感器3電渦流式傳感器由法拉第電磁感應(yīng)原理可知：一個塊狀333電渦流式傳感器3.1工作原理

把一個扁平線圈置于金屬導(dǎo)體附近，當(dāng)線圈中通以交變電流I1時，線圈周圍空間產(chǎn)生交變磁場H1，當(dāng)金屬導(dǎo)體靠近交變磁場中時，導(dǎo)體內(nèi)部就會產(chǎn)生渦流I2，這個渦流同樣產(chǎn)生反抗H1的交變磁場H2。第6章電感式傳感器3電渦流式傳感器把一個扁平線圈置于金屬導(dǎo)體附近，當(dāng)線344.3電渦流式傳感4.3.2等效電路分析

根據(jù)渦流的分布，可以把渦流所在范圍近似看成一個單匝短路次級線圈。當(dāng)線圈靠近金屬導(dǎo)體時，次級線圈通過互感M對初級作用。第4章

電感式傳感器等效電路的兩個回路方程（基爾霍夫第二定律）：4.3電渦流式傳感根據(jù)渦流的分布，可以把渦流所在范圍354.3電渦流式傳感器4.3.2等效電路分析等效電感為：第4章

電感式傳感器解方程得到傳感器的等效阻抗等效電阻為：4.3電渦流式傳感器等效電感為：第4章

電感式傳感器364.3電渦流式傳感器4.3.2等效電路分析結(jié)論：

凡是能引起R2、L2、M變化的物理量均可以引起傳感器線圈R1、L1的變化。第4章

電感式傳感器R2L2M

L1

R1Xωμρd4.3電渦流式傳感器結(jié)論：第4章

電感式傳感器R2L373電渦流式傳感器3.2等效電路分析結(jié)論：被測體（金屬）的電阻率ρ、導(dǎo)磁率μ、厚度d、線圈與被測體間的距離X、激勵線圈的角頻率ω等都通過渦流效應(yīng)和磁效應(yīng)與線圈阻抗Z發(fā)生關(guān)系。

ρ

、μ、d、X、ω的變化使R1、L1發(fā)生變化，若控制某些參數(shù)不變，只改變其中一個參數(shù)，可使阻抗Z成為這個參數(shù)的單值函數(shù)。第6章電感式傳感器

等效阻抗與這些參數(shù)有函數(shù)關(guān)系：

3電渦流式傳感器結(jié)論：第6章電感式傳感器等效383電渦流式傳感器3.3渦流的分布和強(qiáng)度

渦流的分布：因為金屬存在趨膚效應(yīng)，電渦流只存在于金屬導(dǎo)體的表面薄層內(nèi),存在一個渦流區(qū)，實際上渦流的分布是不均勻的。渦流區(qū)內(nèi)各處的渦流密度不同，存在徑向分布和軸向分布。第6章電感式傳感器金屬扁平線圈渦流區(qū)r/ros1hrosj3電渦流式傳感器渦流的分布：第6章電感式傳感器金屬393電渦流式傳感器3.3渦流的分布和強(qiáng)度

徑向分布：渦流范圍與渦流線圈外徑有一固定比例關(guān)系，線圈外徑確定后渦流范圍也就確定了。線圈外徑處，r=ros

金屬渦流密度最大；線圈中心處，r=0渦流密度為零(j=0)；

r<0.4ros處（以內(nèi)）基本沒有渦流；

r=1.8ros線圈外徑處渦流密度衰減到最大值的5%。渦流密度最大值在線圈外徑附近一個狹窄區(qū)域內(nèi)第6章電感式傳感器3電渦流式傳感器徑向分布：第6章電感式傳感器403電渦流式傳感器3.3渦流的分布和強(qiáng)度第6章電感式傳感器

軸向分布：由于趨膚效應(yīng)渦流只在表面薄層存在，沿磁場H方向（軸向）也是分布不均勻的。jzjo/ehzjoh

---趨膚深度

---金屬表面渦流密度距離金屬表面Z處渦流按指數(shù)規(guī)律衰減：3電渦流式傳感器第6章電感式傳感器軸向分布：jz413電渦流式傳感器3.3渦流的分布和強(qiáng)度

強(qiáng)度：當(dāng)線圈與被測體距離改變時，電渦流密度發(fā)生變化強(qiáng)度也要變化。金屬導(dǎo)體表面的電渦流強(qiáng)度I2

與距離X是非線性關(guān)系，隨x/r上升而下降。第6章電感式傳感器I2只有在x/r<<1才能有較好線性和靈敏度。X/rosI2/I11.012343電渦流式傳感器強(qiáng)度：當(dāng)線圈與被測體距離改變時，電渦423電渦流式傳感器3.4測量電路第6章電感式傳感器①調(diào)幅式L為電渦流線圈L～x→U～x3電渦流式傳感器第6章電感式傳感器①調(diào)幅式L為電渦433電渦流式傳感器3.4測量電路第6章電感式傳感器②調(diào)頻式調(diào)頻法是以LC振諧回路的頻率作為輸出量，直用頻率計測量；或通過測量LC回路等效電感L，間接測量頻率變化量。3電渦流式傳感器第6章電感式傳感器②調(diào)頻式調(diào)頻法是443電渦流式傳感器3.5電渦流傳感器的應(yīng)用

電渦流傳感器目前主要應(yīng)用于測位移、振動、轉(zhuǎn)速、測厚度、測材料、測溫度、電渦流探傷。特點：做非接觸式測量。應(yīng)用（1）測厚：低頻透射式渦流厚度傳感器高頻反射式渦流厚度傳感器（2）測轉(zhuǎn)速（3）測振動（4）電渦流探傷第6章電感式傳感器3電渦流式傳感器電渦流傳感器目前主要應(yīng)用于測位移、振453電渦流式傳感器3.5電渦流傳感器的應(yīng)用電渦流傳感器第6章電感式傳感器3電渦流式傳感器電渦流傳感器第6章電感式傳感器463電渦流式傳感器3.5電渦流傳感器的應(yīng)用

低頻透射式渦流厚度傳感器第6章電感式傳感器3電渦流式傳感器低頻透射式渦流厚度傳感器第6章473電渦流式傳感器3.5電渦流傳感器的應(yīng)用

高頻反射式渦流厚度傳感器第6章電感式傳感器3電渦流式傳感器高頻反射式渦流厚度傳感器第6章483電渦流式傳感器3.5電渦流傳感器的應(yīng)用

電渦流金屬板、帶材厚度測量第6章電感式傳感器3電渦流式傳感器電渦流金屬板、帶材厚度測量第6章493電渦流式傳感器3.5電渦流傳感器的應(yīng)用

渦流非導(dǎo)電材料厚度測量

渦流軸心軌跡測量第6章電感式傳感器3電渦流式傳感器渦流非導(dǎo)電材料厚度測量渦流軸心軌跡503電渦流式傳感3.5電渦流傳感器的應(yīng)用

渦流轉(zhuǎn)速測量

渦流振動測量第6章電感式傳感器3電渦流式傳感渦流轉(zhuǎn)速測量渦流振動測量第6章電513電渦流式傳感3.5電渦流傳感器的應(yīng)用第6章電感式傳感器3電渦流式傳感第6章電感式傳感器52

本章要點：

變磁阻式傳感器（自感式）工作原理、測量電路（轉(zhuǎn)換電路）；差動變壓器式傳感器（互感式）工作原理、等效電路及測量電路；

零點殘余電壓的影響和補(bǔ)償；電渦流傳感器的工作原理及應(yīng)用.第6章電感式傳感器本章要點：變磁阻式傳感器（自感式）工作原理、測第6章53

本章要點：

差動變壓器做位移測量可得到比例于機(jī)械位移的交流電壓；關(guān)于磁場、磁通、磁性體；差動變壓器的應(yīng)用例—差壓傳感器、位移傳感器、流量傳感器；電渦流傳感器:交流線圈接近金屬物體時，金屬物上產(chǎn)生“渦流”，線圈越近，渦流越大；電渦流傳感器的應(yīng)用—薄膜厚度測量、金屬表面探傷、工件間距離測定、鋼水液面測量。第6章電感式傳感器本章要點：差動變壓器做位移測量可得到比例于機(jī)械位移的交第54電感式傳感器原理及應(yīng)用電感式傳感器原理及應(yīng)用55內(nèi)容1變磁阻式電感傳感器2差動變壓器式電感傳感器3電渦流式傳感器

內(nèi)容1變磁阻式電感傳感器56概述

電感式傳感器是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，特別是在自動控制設(shè)備中廣泛應(yīng)用。電感式傳感器利用電磁感應(yīng)定律將被測非電量（如位移、壓力、流量、振動）轉(zhuǎn)換為電感或互感的變化。按傳感器結(jié)構(gòu)可分為：自感式互感式電渦流式。概述電感式傳感器是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，特別是在自動控制設(shè)備57概述各種電感式傳感器非接觸式位移傳感器測厚傳感器電感粗糙度儀接近式傳感器概述各種電感式傳感器非接觸式位移傳感器測厚傳感器電接近式傳感58概述電感式傳感器應(yīng)用電感傳感器測量滾珠直徑，實現(xiàn)按誤差分裝塞選概述電感式傳感器應(yīng)用電感傳感器測量滾珠直徑，實現(xiàn)按誤591變磁阻式傳感器（自感式）

1.1工作原理

結(jié)構(gòu):由線圈、鐵芯、銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為δ;

傳感器運動部分與銜鐵相連，銜鐵移動時δ發(fā)生變化，引起磁路的磁阻Rm變化，使電芯線圈的電感值L變化；只要改變氣隙厚度或氣隙截面積就可以改變電感。1變磁阻式傳感器（自感式）結(jié)構(gòu):由線圈、鐵芯、銜鐵三部分601變磁阻式傳感器（自感式）

1.1工作原理線圈自感可按下式計算：式中：N:線圈匝數(shù)；Rm:磁路總磁阻；

S0:氣隙的截面積；

δ:氣隙厚度；

μ0:導(dǎo)磁率（真空、空氣）1變磁阻式傳感器（自感式）線圈自感可按下式計算：式中：N611變磁阻式傳感器（自感式）

1.2輸出特性

銜鐵位移Δδ引起的電感變化為：電感初始?xì)庀鼎?處初始電感量為L0

δ0LδL0L0+ΔL0L0－ΔL01變磁阻式傳感器（自感式）銜鐵位移Δδ引起的電感變化為：621變磁阻式傳感器（自感式）

1.2輸出特性

Δδ/δ<<1時，用泰勒級數(shù)展開銜鐵下移時(δ增大)

銜鐵上移時(δ減小)

1變磁阻式傳感器（自感式）Δδ/δ<<1時，用泰勒級數(shù)631變磁阻式傳感器（自感式）

1.2輸出特性

對上式作線性處理忽略高次項時討論：變間隙式電感傳感器用于小位移比較精確；一般Δδ/δ=0.1-0.2；為減小非線性誤差，實際測量中多采用差動式。靈敏度

1變磁阻式傳感器（自感式）對上式作線性處理忽略高次項時討論641變磁阻式傳感器（自感式）

1.2輸出特性

差動式原理：差動變隙式由兩個相同的線圈和磁路組成。當(dāng)被測量通過導(dǎo)桿使銜鐵上下位移時，兩個回路中磁阻發(fā)生大小相等、方向相反的變化，形成差動形式。1變磁阻式傳感器（自感式）差動式原理：651變磁阻式傳感器（自感式）

1.2輸出特性

對上式進(jìn)行線性處理并忽略高次項：差動式靈敏度為：

電感的變化為：1變磁阻式傳感器（自感式）對上式進(jìn)行線性處理并忽略高次項661變磁阻式傳感器（自感式）

1.2輸出特性

討論：比較單線圈，差動式的靈敏度提高了一倍；差動式非線性項比單線圈多乘了(Δδ/δ)因子；不存在偶次項，因Δδ/δ<<1，線性度得到改善。差動式的兩個電感結(jié)構(gòu)，可抵消溫度、噪聲干擾的影響。1變磁阻式傳感器（自感式）討論：671變磁阻式傳感器（自感式）

1.3測量電路（1）變壓器式交流電橋

電橋的兩臂是傳感器線圈阻抗臂、另外兩個臂是交流變壓器次級線圈各占1∕2，交流供電。

橋路輸出電壓為：1變磁阻式傳感器（自感式）電橋的兩臂是傳感器線圈阻抗臂、681變磁阻式傳感器（自感式）

1.3測量電路銜鐵上下移動相同距離時，輸出電壓大小相等方向相差180o，要判斷銜鐵方向就是判斷信號相位。

當(dāng)銜鐵在中間位置

Z1=Z2=ZU0=0

當(dāng)銜鐵偏移時輸出電壓當(dāng)銜鐵偏向另一方向1變磁阻式傳感器（自感式）銜鐵上下移動相同距離時，輸出電壓691變磁阻式傳感器（自感式）

1.3測量電路（轉(zhuǎn)換電路）

（2）交流電橋式兩個橋臂由相同線圈組成，另外兩個為平衡電阻

交流電橋結(jié)構(gòu)示意圖等效電路1變磁阻式傳感器（自感式）兩個橋臂由相同線圈組成，另外兩個701變磁阻式傳感器（自感式）

1.3測量電路（轉(zhuǎn)換電路）因輸出電壓為：

可見電橋輸出電壓UAC與氣隙變量Δδ有關(guān)

代入電橋輸出為：1變磁阻式傳感器（自感式）因輸出電壓為：可見電橋輸出電壓711變磁阻式傳感器（自感式）

1.3測量電路（3）諧振式（調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相）

調(diào)幅式電路輸出幅值隨電感L變化

調(diào)頻電路電感L變化時諧振頻率變化1變磁阻式傳感器（自感式）調(diào)幅式電路調(diào)頻電路721變磁阻式傳感器（自感式）

1.4變磁阻式傳感器的應(yīng)用壓力測量

被測壓力經(jīng)位移——電壓兩次轉(zhuǎn)換輸出1變磁阻式傳感器（自感式）被測壓力經(jīng)位移——電壓兩次轉(zhuǎn)換732差動變壓器式傳感器（互感式）2.1工作原理

把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換成為線圈互感量的變化的傳感器稱為互感式傳感器。根據(jù)變壓器的基本原理制成，并將次級線圈繞組用差動形式連接。差動變壓器的結(jié)構(gòu)形式較多，應(yīng)用最多的是螺線管式差動變壓器。它可測量1—100mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移。次級次級骨架初級銜鐵次級次級初級2差動變壓器式傳感器（互感式）把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換成為742差動變壓器式傳感器（互感式）

等效電路：兩個次級線圈必須反相串聯(lián)接，保證差動形式。如果線圈完全對稱并且銜鐵處于中間位置時兩線圈

互感系數(shù)相等電動勢相等

差動輸出電壓為零：初級線圈次級線圈2差動變壓器式傳感器（互感式）等效電路：差動輸出電壓為零752差動變壓器式傳感器（互感式）2.1工作原理

可見:

輸出電壓大小和符號反映了鐵心位移的大小和方向。當(dāng)銜鐵上下移動時，輸出電壓隨銜鐵位移變化。

若銜鐵上移

若銜鐵下移

2差動變壓器式傳感器（互感式）可見:當(dāng)銜鐵上下移動時，762差動變壓器式傳感器（互感式）2.2基本特性由此得到輸出電壓有效值為：

可見輸出電壓與互感的差值有關(guān)根據(jù)電磁感應(yīng)定律，次級感應(yīng)電動勢分別為2差動變壓器式傳感器（互感式）由此得到輸出電壓有效值為：772差動變壓器式傳感器（互感式）2.2基本特性

鐵芯向右移，輸出與E2a同極性；鐵芯向左移，輸出與E2b同極性。輸出電壓的幅值取決于線圈互感即銜鐵在線圈中移動的距離X。Uo與Ui的相位由銜鐵的移動方向決定。第6章電感式傳感器2差動變壓器式傳感器（互感式）鐵芯向右移，第6章電782差動變壓器式傳感器（互感式）第6章電感式傳感器差動變壓器輸出電壓和位移的關(guān)系2差動變壓器式傳感器（互感式）第6章電感式傳感器差動變792差動變壓器式傳感器（互感式）2.3零點殘余電壓

由于兩個次級線圈繞組電氣系數(shù)（M互感L電感R內(nèi)阻）不同，幾何尺寸工藝上很難保證完全相同。實際的特性曲線，在零點上總有一個最小的輸出電壓，這個鐵芯處于中間位置時最小不為零的電壓稱為零點殘余電壓。

第6章電感式傳感器2差動變壓器式傳感器（互感式）由于兩個次級線圈繞組電氣系802差動變壓器式傳感器（互感式）2.3零點殘余電壓

為減小零點殘余電壓的影響，一般要用電路進(jìn)行補(bǔ)償,電路補(bǔ)償?shù)姆椒ㄝ^多,可采用以下方法。串聯(lián)電阻：消除兩次級繞組基波分量幅值上的差異；并聯(lián)電阻電容：消除基波分量相差，減小諧波分量；加反饋支路：初次級間反饋，減小諧波分量；相敏檢波對零點殘余誤差有很好的抑制作用。串聯(lián)電阻并聯(lián)電阻第6章電感式傳感器2差動變壓器式傳感器（互感式）為減小零點殘余電壓的影響，812差動變壓器式傳感器（互感式）2.4測量電路

第6章電感式傳感器一般采用反串電路和橋路兩種。反串電路是直接把兩個二次線圈反向串接（如圖3.21）。這種情況下空載輸出電壓等于二次側(cè)線圈感應(yīng)電動勢之差，即：

圖3.21二次線圈反串電路

2差動變壓器式傳感器（互感式）第6章電感式傳感器一般采822差動變壓器式傳感器（互感式）2.4測量電路

第6章電感式傳感器橋路如圖3.22所示：其中R1，R2是橋臂電阻，Rw是供調(diào)零用的電位器。設(shè)R1＝R2，則輸出電壓：

圖3.22差動變壓器使用的橋路

可見橋路的靈敏度為前面的0.5，但其優(yōu)點是利用Rw可進(jìn)行調(diào)零，不再需要另外配置調(diào)零電路。

(3-37)2差動變壓器式傳感器（互感式）第6章電感式傳感器橋路如832差動變壓器式傳感器（互感式）2.5應(yīng)用舉例

差動變壓器式傳感器可直接用于位移測量，也可以用來測量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如振動，加速度，應(yīng)變等等。第6章電感式傳感器（1）壓差計當(dāng)壓差變化時，腔內(nèi)膜片位移使差動變壓器次級電壓發(fā)生變化，輸出與位移成正比，與壓差成正比。2差動變壓器式傳感器（互感式）差動變壓器式傳感器可直接842差動變壓器式傳感器（互感式）2.5應(yīng)用舉例第6章電感式傳感器（2）液位測量沉筒式液位計將水位變化轉(zhuǎn)換成位移變化，再轉(zhuǎn)換為電感的變化，差動變壓器的輸出反映液位高低。2差動變壓器式傳感器（互感式）第6章電感式傳感器（2）852差動變壓器式傳感器（互感式）第6章電感式傳感器（3）測厚度2差動變壓器式傳感器（互感式）第6章電感式傳感器（3）863電渦流式傳感器

由法拉第電磁感應(yīng)原理可知：一個塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作用切割磁力線運動時，導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生一圈圈閉和的電流，這種電流叫電渦流，這種現(xiàn)象叫做電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制作的傳感器稱電渦流傳感器;

電渦流傳感器能夠?qū)Ρ粶y量進(jìn)行非接觸測量;

形成電渦流必須具備兩個條件：①存在交變磁場②導(dǎo)電體處于交變磁場中第6章電感式傳感器3電渦流式傳感器由法拉第電磁感應(yīng)原理可知：一個塊狀873電渦流式傳感器3.1工作原理

把一個扁平線圈置于金屬導(dǎo)體附近，當(dāng)線圈中通以交變電流I1時，線圈周圍空間產(chǎn)生交變磁場H1，當(dāng)金屬導(dǎo)體靠近交變磁場中時，導(dǎo)體內(nèi)部就會產(chǎn)生渦流I2，這個渦流同樣產(chǎn)生反抗H1的交變磁場H2。第6章電感式傳感器3電渦流式傳感器把一個扁平線圈置于金屬導(dǎo)體附近，當(dāng)線884.3電渦流式傳感4.3.2等效電路分析

根據(jù)渦流的分布，可以把渦流所在范圍近似看成一個單匝短路次級線圈。當(dāng)線圈靠近金屬導(dǎo)體時，次級線圈通過互感M對初級作用。第4章

電感式傳感器等效電路的兩個回路方程（基爾霍夫第二定律）：4.3電渦流式傳感根據(jù)渦流的分布，可以把渦流所在范圍894.3電渦流式傳感器4.3.2等效電路分析等效電感為：第4章

電感式傳感器解方程得到傳感器的等效阻抗等效電阻為：4.3電渦流式傳感器等效電感為：第4章

電感式傳感器904.3電渦流式傳感器4.3.2等效電路分析結(jié)論：

凡是能引起R2、L2、M變化的物理量均可以引起傳感器線圈R1、L1的變化。第4章

電感式傳感器R2L2M

L1

R1Xωμρd4.3電渦流式傳感器結(jié)論：第4章

電感式傳感器R2L913電渦流式傳感器3.2等效電路分析結(jié)論：被測體（金屬）的電阻率ρ、導(dǎo)磁率μ、厚度d、線圈與被測體間的距離X、激勵線圈的角頻率ω等都通過渦流效應(yīng)和磁效應(yīng)與線圈阻抗Z發(fā)生關(guān)系。

ρ

、μ、d、X、ω的變化使R1、L1發(fā)生變化，若控制某些參數(shù)不變，只改變其中一個參數(shù)，可使阻抗Z成為這個參數(shù)的單值函數(shù)。第6章電感式傳感器

等效阻抗與這些參數(shù)有函數(shù)關(guān)系：

3電渦流式傳感器結(jié)論：第6章電感式傳感器等效923電渦流式傳感器3.3渦流的分布和強(qiáng)度

渦流的分布：因為金屬存在趨膚效應(yīng)，電渦流只存在于金屬導(dǎo)體的表面薄層內(nèi),存在一個渦流區(qū)，實際上渦流的分布是不均勻的。渦流區(qū)內(nèi)各處的渦流密度不同，存在徑向分布和軸向分布。第6章電感式傳感器金屬扁平線圈渦流區(qū)r/ros1hrosj3電渦流式傳感器渦流的分布：第6章電感式傳感器金屬933電渦流式傳感器3.3渦流的分布和強(qiáng)度

徑向分布：渦流范圍與渦流線圈外徑有一固定比例關(guān)系，線圈外徑確定后渦流范圍也就確定了。線圈外徑處，r=ros

金屬渦流密度最大；線圈中心處，r=0渦流密度為零(j=0)；

r<0.4ros處（以內(nèi)）基本沒有渦流；

r=1.8ros線圈外徑處渦流密度衰減到最大值的5%。渦流密度最大值在線圈外徑附近一個狹窄區(qū)域內(nèi)第6章電感式傳感器3電渦流式傳感器徑向分布：第6章電感式傳感器943電渦流式傳感器3.3渦流的分布和強(qiáng)度第6章電感式傳感器

軸向分布：由于趨膚效應(yīng)渦流只在表面薄層存在，沿磁場H方向（軸向）也是分布不均勻的。jzjo/ehzjoh

---趨膚深度

---金屬表面渦流密度距離金屬表面Z處渦流按指數(shù)規(guī)律衰減：3電渦流式傳感器第6章電感式傳感器軸向分布：jz953電渦流式傳感器3.3渦流的分布和強(qiáng)度

強(qiáng)度：當(dāng)線圈與被測體距離改變時，電渦流密度發(fā)生變化強(qiáng)度也要變化。金屬導(dǎo)體表面