图4-30变隙电感式压力传感器结构
电感式传感器PPT课件
2
LC
2LC
Q2
(1
2LC)2
2LC Q
2
(4-17)
第4章 电感式传感器
当Q>>ω2LC且Ω2lc<<1
Z
R
(1 2LC)2
;
令
L'
L
(1 2LC)2
则
Z R' jL'
从以上分析可以看出，并联电容的存在，使有效串联损耗电阻及 有效电感增加，而有效Q值减小，在有效阻抗不大的情况下，它 会使灵敏度有所提高，从而引起传感器性能的变化。因此在测量 中若更换连接电缆线的长度，在激励频率较高时则应对传感器的 灵敏度重新进行校准。
为了使输出特性能得到有效改善，构成差动的两个变隙 式电感传感器在结构尺寸、材料、电气参数等方面均应完全 一致。
第4章 电感式传感器 图4-3 差动变隙式电感传感器
第4章 电感式传感器 4.1.3 测量电路
电感式传感器的测量电路有交流电桥、变压器式交流电桥 以及谐振式等。
1.
从电路角度看，电感式传感器的线圈并非是纯电感，该电 感由有功分量和无功分量两部分组成。有功分量包括：线圈线 绕电阻和涡流损耗电阻及磁滞损耗电阻，这些都可折合成为有 功电阻，其总电阻可用R来表示；无功分量包含：线圈的自感L, 绕线间分布电容，为简便起见可视为集中参数，用C来表示。 于是可得到电感式传感器的等效电路如图4-4所示。
其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动， 使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化。 即一个电感量增大，一个电感量减小。电感的这种变化通 过电桥电路转换成电压输出，所以只要用检测仪表测量出 输出电压，即可得知被测压力的大小。
第4章 电感式传感器 4.1.5
变气隙厚度电感式压力传感器的工作原理
变气隙厚度电感式压力传感器的工作原理当外部施加压力时，容器内的介质受到压力作用产生位移，从而改变
了容器底部磁铁与容器底部的距离，即气隙的厚度。
磁铁的运动会导致电
感产生变化。
电感是在一个变化的磁场中，电流发生变化时所产生的自感
应电动势。
在变气隙厚度电感式压力传感器中，电感是通过一个螺线管来实现的。
螺线管由若干匝的细铜线组成，上面串联着一个电阻。
当磁铁与螺线管上
的线圈相对运动时，磁场的变化会引起线圈中的电流变化，从而产生自感
应电动势。
通过接入一个外部电路，可以测量出电感式传感器中的电流变化。
电
流的变化与所加入的压力成正比。
因此，我们可以通过测量传感器中的电
流变化来确定压力的大小。
需要注意的是，变气隙厚度电感式压力传感器的灵敏度取决于气隙厚
度的变化。
一般来说，气隙越小，灵敏度越高。
同时，为了减小磁铁与螺
线管的磁阻，可以使用永磁体作为磁铁，以增加传感器的灵敏度。
总结起来，变气隙厚度电感式压力传感器的工作原理是利用介质压力
导致容器底部磁铁和螺线管之间的气隙厚度变化，从而改变电感，进而测
量出压力的变化。
这种传感器具有结构简单、精度高、灵敏度高等优点，
广泛应用于工业自动化控制、航空航天、汽车等领域。
第四章 变磁阻式传感器
（4-9）
(4-10)
(4-11)
变磁阻式传感器
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同理，当衔铁随被测体的初始位置向下移动∆δ时，有 ∆δ ∆δ 2 ∆δ 3 ∆δ （4-12） 1 − ∆L = L − L0 = − L0 + δ − δ + L δ0 δ0 0 0 ∆δ ∆δ 2 ∆δ 3 ∆L ∆δ 1 − =− + δ − δ + L （4-13） L0 δ0 δ0 0 0 对式（4-11）、（4-13）作线性处理，即忽略高次项后，可得
Z1 ＋ & U － B A
Z2
o
Z 2 − Z1 U U0 = Z + Z ⋅ 2 1 2
.
.
图4-5 变压器式交流电桥
变磁阻式传感器
当传感器衔铁上移：如Z1=Z+∆Z，Z2=Z－∆Z，
& & & = − ∆Z U = − ∆L U Uo Z 2 L 2
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当传感器衔铁下移：如Z1=Z－∆Z，Z2=Z+∆Z， 此时
2、金属板的电阻率ρ或金属板的磁导率µ
可用于材质鉴别或无损探伤。
特点：可用于动态非接触测量，测量范围0~1500um，分辨 力可达1um，且结构简单方便可靠。
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产品： 产品：
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案例： 案例：板的厚度测量
~
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线线 衔铁
A
线圈的等效电感为：
.
ω 2M 2 j ωL1 − 2 ωL2 R2 + (ωL2 ) 2
压力传感器工作原理
压力传感器工作原理引言概述:压力传感器是一种广泛应用于工业领域的传感器，它能够测量和检测物体受力后所产生的压力变化。
本文将详细介绍压力传感器的工作原理，包括其结构、工作原理、应用领域以及优缺点。
正文内容:1. 压力传感器的结构1.1 灵敏元件：压力传感器的核心部分，通常采用金属薄膜或半导体材料制成。
1.2 支撑结构：用于支撑和固定灵敏元件，通常采用金属或陶瓷材料制成。
1.3 电气连接：将压力传感器与外部电路连接的部分，通常采用导线或插头连接。
2. 压力传感器的工作原理2.1 变阻型压力传感器：2.1.1 压力作用下的电阻变化：当物体受力后，灵敏元件发生形变，导致电阻值发生变化。
2.1.2 电阻与压力之间的关系：通过测量电阻值的变化，可以推算出物体所受的压力大小。
2.2 变容型压力传感器：2.2.1 压力作用下的电容变化：当物体受力后，灵敏元件的电容值发生变化。
2.2.2 电容与压力之间的关系：通过测量电容值的变化，可以计算出物体所受的压力大小。
2.3 压阻型压力传感器：2.3.1 压力作用下的电阻变化：当物体受力后，灵敏元件的电阻值发生变化。
2.3.2 电阻与压力之间的关系：通过测量电阻值的变化，可以确定物体所受的压力大小。
3. 压力传感器的应用领域3.1 工业自动化：用于测量流体管道中的压力，实现流量控制和流体监测。
3.2 汽车工业：用于测量汽车发动机的油压、气压等参数，保证发动机的正常运行。
3.3 医疗设备：用于测量人体血压、呼吸机的气压等，提供医疗监测和治疗支持。
3.4 消费电子：用于智能手机、平板电脑等设备中的压力感应功能。
3.5 环境监测：用于测量大气压力、水压等环境参数，实现环境监测和预警。
4. 压力传感器的优点4.1 精度高：能够提供高精度的压力测量结果。
4.2 可靠性强：具有较长的使用寿命和稳定的性能。
4.3 体积小：适用于空间有限的场景。
4.4 响应速度快：能够实时测量和反馈压力变化。
第三章 电感式传感器
所以
a L L' L0 L0 a
L L0 1 K0 a a
其灵敏度系数K0为
但是，由于漏感等原因，变面积式自感传感器在A=0时，仍 有一定的电感，所以其线性区较小，为了提高灵敏度，常将 δ做得很小。这种类型的传感器由于结构的限制，它的量程 也不大，在工业中用得不多。
3 螺管型自感传感器
有单线圈和差动式两种结构形式。 单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈和一根圆柱形铁 芯。传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管 线圈自感值的变化。当用恒流源激励时，则线圈的输出电压与铁 芯的位移量有关。
螺旋管
l r 铁心 x
单线圈螺管型传感器结构图
铁芯在开始插入（x=0）或几乎离开线圈时的灵敏度， 比铁芯插入线圈的1/2长度时的灵敏度小得多。这说明 只有在线圈中段才有可能获得较高的灵敏度，并且有 较好的线性特性。
U SC
Z1 Z2 Z1 Z 2 E E L1 L2 （Z1 Z2） 2 （Z1 Z2） 2
δ δ δ 2 δ 3 L1 L0 [1 ( )( ) ( ) ] δ0 δ0 δ0 δ0
L2 L0 δ δ δ 2 δ 3 [1 ( )( ) ( ) ] δ0 δ0 δ0 δ0
R
L L1 L2 2 L0 [1 0 0
L 2 L0 0
2
]
4
L L0 2 K0 0
①差动式自感传感器的灵敏度比单线圈传感器提 高一倍。 ②差动式自感传感器非线性失真小。
第三章 电感式传感器
电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非 电量如位移、压力、振动、流量等转换成线圈自 感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换 为电压或电流的变化量输出的传感器。
第4章 电感式传感器
3
(d) 五节式
图4.12 差动变压器线圈各种排列形式 1 一次线圈；2 二次线圈；3 衔铁
三节式的零点电位较小，二节式比三节式灵敏度高、线性范 围大，四节式和五节式改善了传感器线性度。
2.2 工作原理
以三节式差动变压器为例，将两个匝数相等的次级绕组的 同名端反向串联，当初级绕组W1加以激磁电压时，根据变压器 的作用原理在两个次级绕组W2a和W2b中就会产生感应电势，如 果工艺上保证变压器结构完全对称，则当活动衔铁处于初始平 衡位置时，输出电压为零。
U1 U 2 j ( M 1 M 2 ) R1 jL1 其有效值为： (M1 M 2 )U1 U2 R12 (L1 ) 2
.
E 21 jM 1 I.1 . E 22 jM 2 I1
.
.
R1
M1
.
． U1 ～ M2
L21 L22 R22
U2
． ～ E22
(c)、(d) 螺线管式差动变压器
(e)、(f) 变面积式差动变压器
二次绕组
二次绕组 衔铁
一次绕组
图4.11 螺线管式差动变压器的结构示意图
螺管型差动变压器根据初、次级排列不同有二节式、三节 式、四节式和五节式等形式。 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2
2
(a) 二节式
3
(b) 三节式
2
II. 变面积型灵敏度较小，但线性较好，量程较大； III.螺管型灵敏度较低，但量程大且结构简单。
1.4 差动式自感传感器
由于线圈中通有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电 池吸力，会引起振动和附加误差，而且非线性误差较大。 外界的干扰、电源电压频率的变化、温度的变化都会 使输出产生误差。
四种压力传感器的基本工作原理及特点
四种压力传感器的基本工作原理及特点四种压力传感器的基本工作原理及特点一：电阻应变式传感器一：电阻应变式传感器1 1电阻应变式传感器定义被测的动态压力作用在弹性敏感元件上，被测的动态压力作用在弹性敏感元件上，使它产生变形，使它产生变形，在其变形的部位粘贴有电阻应变片，电阻应变片感受动态压力的变化，电阻应变片感受动态压力的变化，按这种原理设计的传感器称按这种原理设计的传感器称为电阻应变式压力传感器。
为电阻应变式压力传感器。
1.2 电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器所粘贴的金属电阻应变片主要有丝式应变片与箔式应变片。
箔式应变片是以厚度为0.002——0.008mm 的金属箔片作为敏感栅材料，，箔栅宽度为0.003——0.008mm 。
丝式应变片是由一根具有高电阻系数的电阻丝(直径0．015--0．05mm)，平行地排成栅形(一般2——40条)，电阻值60——200 Ω，通常为120 Ω，牢贴在薄纸片上，电阻纸两端焊有引出线，表面覆一层薄纸，即制成了纸基的电阻丝式应变片。
制成了纸基的电阻丝式应变片。
测量时，测量时，用特制的胶水将金属电阻应变片粘贴于待测的弹性敏感元件表面上，待测的弹性敏感元件表面上，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，电阻片电阻片也跟随变形。
如下图所示。
B 为栅宽，L 为基长。
为基长。
材料的电阻变化率由下式决定：材料的电阻变化率由下式决定：d d d R A R A r r=+ （1） 式中；式中；R —材料电阻由材料力学知识得；由材料力学知识得； [(12)(12)]dRR C K m m e e =++-= (2) K —金属电阻应变片的敏感度系数式中K 对于确定购金属材料在一定的范围内为一常数，将微分dR 、dL 改写成增量ΔR 、ΔL,可得可得 R L K K R Le D D == (3) 由式(2)可知，可知，当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形ε,而形应变值可由丝式应变片或箔式应变片测出，从而得到了ΔR 的变化，也就得到了动态压力的变化，基于这种应变效应的原理实现了动态压力的测量。
压力传感器原理图
压力传感器原理图压力传感器是一种能够将外界压力转换成电信号输出的传感器，它在工业自动化、汽车电子、医疗设备等领域有着广泛的应用。
下面我们将介绍压力传感器的原理图及其工作原理。
首先，我们来看一下压力传感器的原理图。
压力传感器通常由压力敏感元件、信号调理电路和输出电路组成。
压力敏感元件负责将外界压力转换成电信号，信号调理电路则对电信号进行放大和滤波处理，最后输出电路将处理后的信号输出给用户。
整个原理图的设计需要考虑到传感器的灵敏度、稳定性、线性度等因素，以确保传感器能够准确可靠地工作。
压力传感器的工作原理是基于压力敏感元件的特性。
常见的压力敏感元件有电阻式、电容式和压电式等。
以电阻式压力传感器为例，当外界施加压力时，压力敏感元件的电阻值会发生变化，通过信号调理电路放大和滤波处理后，最终输出一个与压力大小成正比的电压或电流信号。
这样，用户就可以通过测量输出信号来获取外界压力的大小。
在实际应用中，压力传感器的原理图设计需要考虑到多种因素。
首先是传感器的灵敏度，即对外界压力变化的响应能力。
其次是稳定性，传感器在长时间使用过程中需要保持稳定的输出特性。
此外，线性度、温度补偿、防水防尘等特性也需要在原理图设计中进行考虑。
除了原理图设计，压力传感器的工作原理也与其应用领域密切相关。
在工业自动化中，压力传感器常用于测量管道压力、液体水位等参数，从而实现对工艺流程的监控和控制。
在汽车电子中，压力传感器则用于发动机控制系统、制动系统等部件的压力监测。
在医疗设备中，压力传感器则可以用于呼吸机、血压仪等设备中，实现对生命体征的监测和诊断。
总之，压力传感器的原理图设计和工作原理是实现其准确可靠工作的关键。
通过合理的原理图设计和深入理解其工作原理，我们可以更好地应用压力传感器于各个领域，实现更多的应用价值。
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1
当被测压力进入C形弹簧管时，
线 圈1
C形弹簧管产生变形， 其自 C形 弹 簧 管
由端发生位移，带动与自由
端连接成一体的衔铁运动，
使线圈1和线圈2中的电感发
输出
生大小相等、符号相反的变
化。即一个电感量增大，另 一个电感量减小。电感的这 种变化通过电桥电路转换成 电压输出。由于输出电压与
应原理把振动信号变换成电信号。主 要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼 等部分组成。在传感器壳体中刚性地 固定着磁铁，惯性质量（线圈组件） 用弹簧元件悬挂于壳体上。
工作时，将传感器安装在机器上，在机器振动时，
ห้องสมุดไป่ตู้
线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，产生感应电压，
该信号正比于被测物体的振动速度值，对该信号进行
积分放大处理即可得到位移信号。
线路板
差动变压器 衔铁
底座 膜盒
接头 图5.20 微压传感器
壳体
插头 通孔
图5.21 CPC型差压计
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3
1、测量振动和加速度 差动变压器式加速度传感器:由悬臂梁和差动变压器构成。测量时，将 悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定，而将衔铁的A端与被测振动 体相连， 此时传感器作为加速度测量中的惯性元件，它的位移与被测加 速度成正比，使加速度测量转变为位移的测量。当被测体带动衔铁以 Δx(t)振动时，导致差动变压器的输出电压也按相同规律变化。
• 差动式的灵敏度与线性度比单线圈的高。
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• 2、差动变压器式传感器 • 差动变压器式传感器分变隙式、变面积和螺线管式三种，
螺线管式应用较广。
• 其原理为：当被测物体没有位移时，活动衔铁处于初始平 衡位置，变压器输出电压为零；当被测物体有位移时，变 压器输出电压不为零。
• 3、电涡流式传感器 • 电涡流式传感器是根据电涡流效应制成的。当板块金属导
体置于交变磁场中，或在磁场中做切割磁力线运动时，导 体内将产生涡旋状的感应电流，此即电涡流效应。激磁线 圈通交变电流，周围形成交变磁场，导体内产生涡流，电 涡流磁场反抗原磁场，引起线圈等效阻抗发生变化，即可 建立阻抗与变量的单值关系，测量阻抗值，即可求得该被 测量。
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三、 电涡流式传感器的应用
可用于测量压力、力、压差、加速度、振动、应变、流 量、厚度、液位等物理量。
1、位移测量
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5.3.4
• 1、位移测量 • 2、振幅测量 • 3、转速测量 • 4、无损探伤
被测体
电涡流式传感器 （a)振幅测量
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被测体
电涡流式传感器
第四节 变磁阻式传感器的应用
一、电感式压力传感器的应用
•当压力进入膜盒时，膜盒
的顶端在压力P 的作用下 产生与压力P 大小成正比
的位移，于是衔铁也发生 移动，从而使气隙发生变 化，流过线圈的电流也发 生相应的变化，电流表A的 指示值就反映了被测压力 的大小。
线圈 铁芯
衔铁
U～ A
膜盒
P
图4－30 变隙电感式压力传感器结构图
调 机械 零 点螺 钉
线圈2 衔铁
P
～
被测压力之间成比例关系， 所以只要用检测仪表测量出
图4-31 变隙式差动电感压力传感器
输出电压， 即可得知被测压
力的大小。
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2
二、 差动变压器式传感器的应用
可直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何 机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。
B
1
2
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1—悬 臂 梁 ； 2—差 动 变 压 器 1
A x( t)
图4－32 差动变压器式加速度传感器原理图4
2、 测量位移
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例1：板厚的测量
~
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例2. 测量力或压力
例：张力测量
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例3、 振动检测
其外形如右图，它是利用磁电感
位移方向
（b)转速测量 图5.28 电涡流式传感器的应用
裂纹 （c)无损探伤
被测体
10
本章小结
• 1、电感式传感器
• 它分变气隙厚度和变气隙面积两种，变气 隙厚度式使用广泛。
• 差动变隙式是由两个相同的线圈与磁路组 成。其原理为当被测体带动衔铁移动时， 使两个磁路的磁阻发生大小相等符号相反 的变化，引起两线圈产生大小相等、极性 相反的电感增量。