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1、4.1 变磁阻式传感器 4.2 差动变压器式传感器 4.3 电涡流式传感器,返回主目录,主要内容,概述,电感式传感器利用电磁感应定律将被测非电量（如位移、压力、流量、振动）转换为电感系数或互感系数的变化。 按传感器结构可分为：自感式、互感式、电涡流式。,各种电感式传感器,概述,概述 电感应用,电感传感器测量滚珠直径，实现按误差分装塞选,优点：有结构简单, 工作可靠, 测量精度高, 零点稳定, 输出功率较大等一系列优点, 缺点：其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约, 传感器自身频率响应低, 不适用于快速动态测量。这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制, 在工业自动控制系统中被
2、广泛采用。 ,这类传感器的主要特征是具有线圈绕组。,结构:由线圈、铁芯、衔铁三部分组成。 铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为 ; 传感器运动部分与衔铁相连，衔铁移动时发 生变化，引起磁路的磁阻Rm变化，使电芯线圈 的电感值L变化； 只要改变气隙厚 度或气隙截面积 就可以改变电感。,4.1变磁阻式传感器（自感式） 4.1.1 工作原理,在铁芯和衔铁之间有气隙, 气隙厚度为, 传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时, 气隙厚度发生改变, 引起磁路中磁阻变化, 从而导致电感线圈的电感值变化, 因此只要能测出这种电感量的变化, 就能确定衔铁位移量的大小和方向。 设Rm磁路总磁阻。对于变隙式传感器, 因
3、为气隙很小, 所以可以认为气隙中的磁场是均匀的。若忽略磁路磁损, 则磁路总磁阻为,磁阻是磁路对磁通具有阻碍作用的物理量,4.1变磁阻式传感器（自感式） 4.1.1 工作原理, Rm= 式中: 1铁芯材料的导磁率; 2衔铁材料的导磁率; L1磁通通过铁芯的长度; L2磁通通过衔铁的长度; S1铁芯的截面积; S2衔铁的截面积; 0空气的导磁率;,4.1变磁阻式传感器（自感式） 4.1.1 工作原理,S0气隙的截面积; 气隙的厚度。通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻, 即 则可近似为 Rm =,线圈自感可按下式计算：,式中： W线圈匝数 ； Rm 磁路总磁组； So 气隙的截面积； 气隙厚度； o
4、 导磁率（真空、空气）,4.1变磁阻式传感器（自感式） 4.1.1 工作原理,衔铁位移引起的电感变化为：,电感初始气隙0处初始电感量为L0,0,L,L0,L0+L0,L0L0,4.1变磁阻式传感器（自感式） 4.1.1 工作原理,4.1变磁阻式传感器（自感式） 4.1.2 输出特性,/1时，用泰勒级数展开,衔铁下移时,衔铁上移时,对上式作线性处理忽略高次项时,讨论： 传感器测量范围与灵敏度和线性度相矛盾； 变间隙式电感传感器用于小位移比较精确； 一般/= 0.1-0.2； 为减小非线性误差，实际测量中多采用差动式。,定义灵敏度,4.1变磁阻式传感器（自感式） 4.1.2 输出特性,差动式原理：
5、,差动变隙式由两个相同的线圈和磁路组成。当被测量通过导杆使衔铁上下位移时，两个回路中磁阻发生大小相等、方向相反的变化，形成差动形式。,4.1变磁阻式传感器（自感式） 4.1.2 输出特性,对上式进行线性处理并忽略高次项： 差动式灵敏度为：,电感的变化为：,4.1变磁阻式传感器（自感式） 4.1.2 输出特性,讨论： 比较单线圈，差动式的灵敏度提高了一倍； 差动式非线性项比单线圈多乘了(/)因子； 不存在偶次项，因/ 0时, u2与u0同频同相, 当位移x 0时, u2与u0为同频同相, 当u2与u0均为正半周时, 见图 4 - 15（a）, 环形电桥中二极管VD1、D4截止, VD2、VD3导
6、通, 则可得图 4 - 15（b）的等效电路。,4.2 差动变压器式传感器（互感式） 4.2.4差动变压器式传感器及测量电路,根据变压器的工作原理, 考虑到O、M分别为变压器T1、 T2的中心抽头, 则有 u01= u02= u21= u22= 式中 n1, n2为变压器T1、T2的变比。采用电路分析的基本方法, 可求得图 4 - 15（b）所示电路的输出电压uL的表达式:,4.2 差动变压器式传感器（互感式） 4.2.4差动变压器式传感器及测量电路,同理当u2与u0均为负半周时, 二极管VD2、VD3截止, VD1、 VD4导通。 其等效电路如图 4 - 15（c）所示, 输出电压uL 表达
7、式与式(4 -31）相同, 说明只要位移x0, 不论u2与u0是正半周还是负半周，负载RL两端得到的电压uL始终为正。 当x0时,u2与u0为同频反相。采用上述相同的分析方法不难得到当x0时, 不论u2与u0是正半周还是负半周, 负载电阻RL两端得到的输出电压uL表达式总是为,4.2 差动变压器式传感器（互感式） 4.2.4差动变压器式传感器及测量电路,所以上述相敏检波电路输出电压uL的变化规律充分反映了被测位移量的变化规律, 即uL的值反映位移x的大小, 而uL的极性则反映了位移x的方向。,4.2 差动变压器式传感器（互感式） 4.2.4差动变压器式传感器及测量电路,（3）集成相敏检波电路,4.2 差动变压器式传感器（互感式） 4.2.4差动变压器式传感器及测量电路,4.2 差动变压器式传感器（互感式） 4.2.4差动变压器式传感器及测量电路,4.2 差动变压器式传感器（互感式） 4.2.5 应用举例,差动变压器式传感器可直接用于位移测量，也可以用来测量与位移有关的任何机械量，如振动，加速度，应变等等。,1.压差计 当压差变化时，腔内 膜片位移使差动变压器次 级电压发生变化，输出与 位移成正比，与压差成正 比。,
