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1、第四章 电感式传感器,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 线圈的自感系数或互感系数的变化，再由测量 电路转换成电压或电流的变化量输出，从而实 现非电量到电量的转换。 电感式传感器种类很多，本章主要介绍自 感式、互感式和涡流式三种传感器。,电感式传感器的特点： （1）结构简单，传感器无活动电触点，因此工作可 靠、寿命长； （2）灵敏度和分辨率高，能测出0.01m的位移变化， 传感器的输出信号强，电压灵敏度一般可达几百mv/mm (3)线性度和重复性都比较好，在几十m 数mm位 移范围内，传感器非线性误差可做到0.05% 0.1%， 并且稳定性也比较好。
2、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，他在工业自动控 制系统中广泛采用 （4）频率响应较低，不宜快速动态测控等。,第四章 电感式传感器,第一节 变磁阻式传感器,变磁阻式传感器的结构如图4-1所示。他由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁都由导磁材料（如硅钢片、坡莫合金）制成。在铁芯和活动衔铁之间有厚度为 的气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度发生变化，从而使磁路中磁阻变化，导致电感线圈的电感值变化，这样可以判别被测量的位移大小。,第四章 电感式传感器,线圈的电感值L可按下列电工学公式计算,铁芯的长度（m）、横截面积（m2）、导磁率（H/m）,衔铁的长
3、度（m）、横截面积（m2）、导磁率（H/m）,气隙的长度（m）、横截面积（m2）、导磁率（H/m）,第四章 电感式传感器,由于 ， 常常忽略 ， 因此，可得线圈 电感为,第四章 电感式传感器,二、变气隙式电感传感器的输出特性 以下采用“数学分析”方法进行分析,第四章 电感式传感器,灵敏度的几何意义：就是特性曲线的“斜率” 非线性的数学意义：就是展开的第二项/第一项,第四章 电感式传感器,三、差动自感传感器,差动式自感传感器结构 1-铁芯，2-线圈，3衔铁,初始状态时，衔铁位于中间位置，两边空隙相等。因此，两只电感线圈电感量相等，数值极性相反，电桥输出U0=0，即电桥处于平衡状态。,第四章 电感
4、式传感器,当衔铁偏离中间位置，向上或向下移动时，造成两边气隙不一样，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量的方向有关。 若向下移动，输出电压为正； 若向上移动，输出电压为负。,因此，只要能测量出输出电压的大小和相位，就可以决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、速度等。,第四章 电感式传感器,差动传感器的输出特性,（4-9）,由（4-9）忽略高次项后，可得差动式电感传感器的灵敏度k和非线性分别为,灵敏度比单个线圈的灵敏度提高一倍，非线性比单个电感时小一个数量级。,（4-10）,第四章
5、电感式传感器,图4-5还说明电桥的输出电压大小和衔铁的位移量有关，他的位相则与衔铁移动方向有关。 若衔铁向上移动， 为负，则U0为负； 若衔铁向下移动， 为正，则U0为正； 即相位相差1800,第四章 电感式传感器,四、测量电路# 电感传感器的测量电路有交流电桥式、交流变压器式和谐振式等。,1、交流电桥式,第四章 电感式传感器,2、变压器式交流电桥,电桥两臂z1和z2为传 感器线圈阻抗，另外两臂为交流变压器次级线圈的1/2阻抗，电桥A点电压为,第四章 电感式传感器,第四章 电感式传感器,第四章 电感式传感器,第四章 电感式传感器,第二节 互感式传感器,本节介绍互感传感器是把被测量的变化转换为变
6、压器的互感变化。在变压器初级线圈输入交流电压，次级线圈则互感应出电势。由于变压器次级线圈常常接成差动形式，故又称为差动变压器式传感器。 差动变压器结构形式较多，但其基本原理一样。下面介绍螺管形差动变压器，他可以测量1-100mm的机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点，因此被广泛用于非电量测量。,第四章 电感式传感器,一、互感传感器的结构与工作原理,第四章 电感式传感器,第四章 电感式传感器,二、互感传感器的等效电路,第四章 电感式传感器,第四章 电感式传感器,第四章 电感式传感器,三、互感式传感器测量电路,差动变压器输出的是交流电压，若用交流模拟电压表测量，只能反映铁
7、芯位移的大小，不能反映移动方向。另外，其测量值必定含有零点残余电压。为了达到能辨别移动方向和消除残余电压的目的，实际测量时，常常采用差动整流电路和相敏检波电路。,第四章 电感式传感器,1、差动整流电路,第四章 电感式传感器,2、相敏检波电路,第四章 电感式传感器,3、集成化的相敏检波电路,输出电压是通过零点的一条直线，+x输出正电压，-x位移输出负电压，电压的正负表明了位移方向.,第四章 电感式传感器,第三节 电涡流式传感器,涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、电解质浓度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式测量，另外还具有体积小、灵敏度高、频率响应很宽等特点，所以应用极其广泛。,
8、第四章 电感式传感器,1、电涡流式传感器产生涡流的基本原理与基本形式,第四章 电感式传感器,第四章 电感式传感器,2、电涡流式传感器等效电路,初级回路,次级回路,第四章 电感式传感器,由上面两式解得,第四章 电感式传感器,第四章 电感式传感器,3、电涡流式传感器测量电路 用于涡流传感器的测量电路主要有调频式、调幅式两种,（1）调频式电路,第四章 电感式传感器,第四章 电感式传感器,(1)调幅式电路,原理：当金属导体远离或被去掉时，LC并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率f0，回路呈现的阻抗最大，谐振回路上的输出电压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐，从而使输出电压降低， L的数值随距离x 的变化而变化；因此，输出电压也随x而变化，输出电压经过放大、检波后，由指示仪表直接显示出 x 的大小。,第四章 电感式传感器,5、电感式传感器应用举例,（1）差动式电感测厚仪,第四章 电感式传感器,2、涡流式传感器应用 （a）位移测量（b）振幅测量（c）转速测量,第四章 电感式传感器,（d）涡流膜 厚测量,第四章 电感式传感器,第四章 电感式传感器,第四章 电感式传感器,The End,第四章 电感式传感器,
