电感式传感器B--差动变压器式传感器
电感式传感器的工作原理
电感式传感器的工作原理
电感式传感器的工作原理是电磁感应。
它是把被测量如位移等，转换为电感量变化的一种装置。
根据转换方式的不同，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。
1.可变磁阻式传感器
可变磁阻式传感器自感
自感L与气隙δ成反比，而与气隙导磁截面积S0 成正比。
灵敏度S与气隙长度δ的平方成反比，δ愈小，灵敏度S愈高。
为了减小非线性误差，在实际应用中，一般取。
这种传感器适用于较小位移的测量，一般约为0.001～1 mm。
2.涡电流式传感器
3.互感式传感器
互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。
由于常采纳两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。
差动变压器式传感器输出的电压是沟通量，如用沟通电压表指示，则输出值只能反应铁芯位移的大小，而不能反应移动的极性；同时，沟通电压输出存在肯定的零点残余电压，使活动衔铁位于中间位置时，输出也不为零。
因此，差动变压器式传感器的后接电路应采纳既能反
应铁芯位移极性，又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。
电感式传感器的设计
W1 W W2
Eout
-x
x
电感式传感器的设计
差动变压器传感器产品
GA系列差动变压器位移传感器
交流差动变压器 式角位移传感器
TD－1油动机行程阀位位移传感器
电感式传感器的设计
二、差动变压器式传感器的工作原理
1．结构： 可分间隙式和螺管式两种
以螺管式为例
图中：1－一次绕组 2、3－二次绕组 4－衔铁
差动变压器的结构示意图
电感式传感器的设计
2．工作原理 把铁芯位移量转换成初级线圈及次级线圈互感
系数的变化，图中M1、M2与位移x有关。
当位移 x 很小时： Uo=k |x |
（无法判别位移方向）
差动变压器等效电路
电感式传感器的设计
差动变压器原理动画演示
电感式传感器的设计
差动变压器输出特性
1－理想特性 2－实际特性
●
（u21=u22）
Uac=Uda 可调节R1=R2
使 ImA=I1－I2=0
电感式传感器的设计
3. 谐振式测量电路 分为：谐振式调幅电路和谐振式调频电路。
C
U o
L U
T U o
(a)
O
L0
L
(b)
图3-6 谐振式调幅电路
此电路灵敏度很高， 但线性差电，感式适传用感器于的线设性计 度要求不高的场合
f
C
L
G
f
o L
(a)
(b)
图3-7 谐振式调频电路
f与L具有严重的非线性关系
目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器。
电感式传感器的设计
二、 L与δ之间是非线性关系， 特性曲线如图3-2所示。
第3章电感式传感器原理及其应用详解
变面积式自感传感器:
铁芯 衔铁
线圈
δ
L N 2S0 2
变面积式自感传感器结构
灵敏度为: k dL N20 dS 2
由于漏感等原因,其线性区范围较小，灵敏度也较低，因 此，在工业中应用得不多。
螺管式自感传感器:
传感器工作时,衔铁在线圈中伸入长度的变化将引起螺 管线圈电感量的变化。
对于长螺管线圈l>>r，当衔铁工作在螺管的中部时， 可以认为线圈内磁场强度是均匀的，线圈电感量L与衔铁的 插入深度l大致上成正比。
δ
由于 Nm LI,
Fm
NI,m
Fm Rm
可得: L N 2
Rm
磁路的总磁阻可表示为:
Rm
li 2 iSi 0S
近似计算出线圈的电感量为:
L N 2S0 2
当线圈匝数N为常数时,电感L仅仅是磁路中
磁阻的函数，只要改变 或S均可导致电感变化。
因此变磁阻式传感器又可分为变气隙 厚度的
传感器和变气隙面积S的传感器。
差动式与单线圈电感式传感器相比,具有以下优点。 （1）线性度高。 （2）灵敏度高，即衔铁位移相同时，输出信号大一倍。 （3）温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度
的影响，由于能互相抵消而减小。 （4）电磁吸力对测力变化的影响也由于能相互抵消而
减小。
3.2.4电感式传感器的测量电路
➢ 自感式传感器实现了把被测量的变化为电感量的变 化。为了测出电感量的变化,就要用转换电路把电感 量的变化转换成电压（或电流）的变化，最常用的 转换电路有调幅、调频和调相电路。
通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。 ➢ 传感器在使用时，其运动部分与动铁心（衔铁）相
连，当动铁芯移动时，铁芯与衔铁间的气隙厚度
概述差动变压器式传感器的应用范围
概述差动变压器式传感器的应用范围下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告
差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告实验三电感式传感器实验传感器实验三、电感传感器实验——差动变压器性能实验(一)实验内容1.项目一、差动变压器式电感传感器性能实验2.项目二、差动螺管式电感传感器的静态位移性能实验 (二)实验目的1.了解差动变压器式电感传感器的原理和工作情况2.了解差动螺管式电感传感器测量系统的组成和工作情况 (三)实验原理螺旋测微器产生位移，经弹性梁带动衔铁在线圈中移动，交流电源激励，数字电压表显示数字，计算机自动生成示波器显示波形。
(四)实验操做步骤实验项目一、1.将音频振荡器LV输出接至数字频率计和数据采集CH1，由频率计显示频率，计算机自动生成示波器显示波形，调节音频振荡器频率为4kHz，峰峰值为5V。
2.将音频振荡器LV输出接差动变压器一次绕组，输出接CH1。
3.调螺旋测微器使衔铁处于中心位置(输出为零)，向下每1mm读一个数。
实验项目二、1.按图接线2.将音频振荡器输出接至CH1，调节峰峰值为2V。
3.V/F表调至20V档。
4.接好电桥平衡网络、放大器、相敏检波器、LPF、V/F表、示波器。
5.将螺旋测微器与梁脱离，使梁处于自由状态;调节W1、W2，使输出最小(灵敏度最大)。
6.将螺旋测微器与梁相吸，调节螺旋测微器使输出最小(CH1示)，再向上移2.5mm。
7.调节移相器使输出最大(CH2示);观察检波器波形，若两半波不对称，则微调放大器调零电位器。
8.向下每0.5mm读一个数。
项目一数据表第 1 页共 1 页项目二数据表篇二:传感器与检测技术实验报告准考证号:100214101370 姓名:倪帅彪院校:河南科技大学专业名称:080302机械制造及自动化(独立本科段)《传感器与检测技术》实验报告实验一常用传感器(电感式、电阻式或电容式)静态性能测试一、实验目的:1(进一步认识电阻式、电感式、电容式传感器的工作原理、基本结构、性能与应用。
电感式传感器
差动变压器输出电压和位移的关系
第3章 电感式传感器
3.2 差动变压器式传感器（互感式） • 灵敏度: 单位电压激励下,铁心移动单位距离时的 传感器输出电压。 单位：V/mm/V, 如 50mV/mm/V
提高灵敏度的方法： 增大次级匝数； 提高螺管尺寸比； 加大激励电压； 提高激励电压频率
L L0 0
L0
1
0
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Δσ/σ= 0.1-0.2； • 为减小非线性误差，实际测量中多采用差动式。
第3章 电感式传感器
3.1变磁阻式传感器（自感式） 3.1.2 输出特性
差动式原理： 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。
0
第3章 电感式传感器
3.1变磁阻式传感器（自感式） 3.1.2 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(Δσ/σ)因子； • 不存在偶次项，因Δσ/σ<<1，线性度得到改善。 • 差动式的两个电感结构，可抵消温度、噪声干扰 的影响。
自感式传感器的常见形式
3.1变磁阻式传感器（自感式） 3.1.3 测量电路（转换电路） （1）交流电桥式 两个桥臂由相同线圈组成，另外两个为平衡电阻
交流电桥结构示意图
等效电路
第3章 电感式传感器
3.1变磁阻式传感器（自感式） 3.1.3 测量电路（转换电路） （1）交流电桥式
差动变压器式加速度传感器的工作原理
差动变压器式加速度传感器的工作原理1. 引言说到加速度传感器，很多人可能会皱眉头，觉得这玩意儿离我们太远。
但其实，咱们日常生活中随处可见这位“隐形小助手”。
无论是手机里那种“摇一摇”就能换歌曲的功能，还是汽车里的安全气囊，背后都有加速度传感器的功劳。
而今天，咱们就来聊聊其中一种特别有趣的——差动变压器式加速度传感器。
2. 差动变压器的基础2.1 什么是差动变压器？先来了解一下，差动变压器听上去复杂，其实就像个小家伙，能感知运动的变化。
它的结构其实很简单，里面有两个线圈和一个移动的铁心。
想象一下，就像两个人在拔河，铁心在中间，如果一边力量大，铁心就会往那边移动。
这样一来，两个线圈产生的电压就会不一样。
这就是它的“秘诀”！2.2 工作原理那么，它是如何工作的呢？当传感器受到加速度影响，铁心就会在两个线圈之间移动。
比如，车子加速了，铁心往后移动，线圈A的电压就会减少，而线圈B的电压就会增加。
通过这两个电压的差值，咱们就能计算出加速度。
这就像咱们量体温一样，有了两个不同的温度，算算差值，就能知道身体的状况。
这一过程，真是简单得让人觉得不可思议。
3. 应用领域3.1 日常生活中的应用这玩意儿不仅在科研上有用，咱们生活中也能找到它的身影。
比如，智能手机里的游戏控制，就是靠着加速度传感器来识别你手机的倾斜度。
你轻轻晃一晃，角色就动了，是不是觉得很酷？还有汽车安全气囊，这家伙可不能大意，它们能迅速检测碰撞的加速度，及时弹出气囊，保护我们的安全。
可见，这个小家伙可真是大显身手，居然可以拯救生命，真是“英雄出少年”啊！3.2 工业与科研中的应用在工业和科研领域，差动变压器式加速度传感器也扮演着重要的角色。
比如，在桥梁的检测中，工程师可以通过它来监测桥梁的震动情况，确保安全。
再比如，在航空航天领域，它帮助飞行器监测加速度变化，确保飞行的稳定性。
想象一下，飞行员操控着飞机，差动变压器就在一旁默默工作，确保万无一失，这种默默奉献的精神，真是让人感动。
传感器原理及应用-第4章 - 4.2 差动变压器式电感传感器
§4.2 差动变压器式电感传感器
二、变隙式差动变压器
2、变隙式差动变压器输出特性
在忽略铁损（即涡流与磁滞损耗 忽略不计）、漏感以及变压器次级开 路（或负载阻抗足够大）的条件下的 等效电路。 不考虑铁芯与衔铁中的磁阻影响 时，变隙式差动变压器输出电压为
b a W2 U U 2 b a W1 1
M
基本种类
有变隙式、变面积式和螺线管式等。 应用最多的是螺线管式差动变压器。
初1 级 线 圈
3
次 级 线 圈
2
4
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
二、变隙式差动变压器
三、差动变压器式传感器测量电路
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
1、螺线管式差动变压器结构与原理
U2 r1 L1
2 2
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
2、螺线管式差动变压器输出特性
U2
M a M b U 1
r1 L1
2 2
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
二、变隙式差动变压器
三、差动变压器式传感器测量电路
根据电磁感应原理有
E E 2a 2b
变压器两次级绕组反 向串联，则差动变压器输 出电压为零。
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
2、螺线管式差动变压器输出特性
当次级两绕组反向串 联、次级开路时差动变压 器输出电压为 差动变压器输出电动势的大小和相 位可知道衔铁位移的大小和方向。
二、变隙式差动变压器
2、变隙式差动变压器输出特性
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8
③ 以上分析的结果是在忽略铁损和线圈中的分布电容等条 件下得到的，如果考虑这些影响，将会使传感器性能变差（灵 敏度降低，非线性加大等）。但是，在一般工程应用中是可以 忽略的。
b b
a a
W2 W1
U. 1
6
如果被测体带动衔铁移动
U 2
W2 W1
U 1
0
K U 2 W2 U1
W1 0
图3-13 变隙式差动变压器输出特性
１ 理想特性；２ 实际特性
7
综合以上分析， 可得到如下结论：
① 首先，供电电源Ui要稳定，以便使传感器具有稳定的输 出特性；其次，电源幅值的适当提高可以提高灵敏度K值，但要 以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。
9
3.2.2 螺线管式差动变压器 1. 工作原理 １-活动衔铁；２-导磁外壳； ３-骨架；４-匝数为W1初级绕组； ５-匝数为W2a的次级绕组； ６-匝数为W2b的次级绕组
10
螺线管式差动变压器按线圈绕组排列方式不同可分为一节、 二节、三节、四节和五节式等类型，如图3-15所示。一节式灵 敏度高，三节式零点残余电压较小，通常采用的是二节式和三 节式两类。
2
3.2.1 变隙式差动变压器 1. 工作原理 假设闭磁路变隙式差动变压器的结构如图3-11（a）所示，
在 A 、 B 两 个 铁 芯 上 绕 有 W1a=W1b=W1 的 两 个 初 级 绕 组 和
W2a=W2b=W2两个次级绕组。两个初级绕组的同名端顺向串联， 而两个次级绕组的同名端则反相串联。
②高次谐波。高次谐波分量主要由导磁材料磁化曲线的 非线性引起。由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使得激 励电流与磁通波形不一致产生了非正弦(主要是三次谐 波)磁通，从而在次级绕组感应出非正弦电势。另外， 激励电流波形失真，因其内含高次谐波分量，这样也将 导致零点残余电压中有高次谐波成分。
14
消除零点残余电压方法：
实际特性曲线。由图 3-17可以看出，当衔铁位于中心位置时，差
动变压器输出电压并不等于零，我们把差动变压器在零位移时的
输出电压称为零点残余电压，记作ΔUo，它的存在使传感器的输 出特性不经过零点，造成实际特性与理论特性不完13全一致。
零点残余电压产生原因：
①基波分量。由于差动变压器两个次级绕组不可能完全 一致，因此它的等效电路参数（互感M、自感L及损耗 电阻R）不可能相同，从而使两个次级绕组的感应电势 数值不等。又因初级线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损 和材质的不均匀，线圈匝间电容的存在等因素，使激励 电流与所产生的磁通相位不同。
的重要表示之. 一。. .
..
当活动衔铁向上移动时,由于磁阻的影响，W2a中磁通将. 大于
W2b，使M1>M2，因而E2a增加，而E2b减小。反之，E2b增加，E2a减
小。因为Uo=E2a-E2b，所以当E2a、E2b 随着衔铁位移x变化时， Uo
也必将随x而变化。图3- 17给出了差动变压器输出电压Uo与活动 衔铁位移Δx的关系曲线。图中实线为理论特性曲线. ，虚线曲线为
1．从设计和工艺上保证结构对称性
为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加工精
度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构。其次，应选
高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的导磁材料。并应经
过热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀性和稳
定性。由高次谐波产生的因素可知，磁路工作点应选在
磁化曲线的线性段。
当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁的位置将发生相 应的变化，使δa≠δb，互感Ma≠Mb，两次级绕组的互感电势e2a≠e2b， 输出电压Uo=e2a-e2b≠0. ，即差动变压器有电压输出， 此电压的大 小与极性反映被测体位移的大小和方向。
5
２.输出特性
图3-12 变隙式差动变压器等效电路
U. 2
3
A Ii
1
U1
1
2U ia来自bW1aW2a
C
e2a
U o
W1b
W2b
e2b
2
U 2
B
(a)
(b)
图 3-11 差动变压器式传感器的结构示意图 （a）、 （b） 变隙式差动变压器; （c）、 （d） 螺线管式差动变压器
4
当没有位移时，衔铁C处于初始平衡位置，它与两个铁芯的 间隙有δa0=δb0=δ0，则绕组W1a和W2a间的互感Ma与绕组W1b和W2b 的互感Mb相等，致使两个次级绕组的互感电势相等，即e2a=e2b。 由 于 次 级 绕 组 反 相 串 联 ， 因 此 ， 差 动 变 压 器 输 出 电 压 Uo=e2a. e2b=0。
④ 以上结果是在假定工艺上严格对称的前提下得到的，而 实际上很难做到这一点，因此传感器实际输出特性如图3-13中曲 线2所示，存在零点残余电压ΔUo。
⑤ 进行上述推导的另一个条件是变压器副边开路，对由电 子线路构成的测量电路来讲，这个要求很容易满足，但如果直 接配接低输入阻抗电路， 就必须考虑变压器副边电流对输出特 性的影响。
第3章 电感式传感器
3.1 变磁阻式传感器 3.2 差动变压器式传感器 3.7 电涡流式传感器
1
3.2 差动变压器式传感器
把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互 感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并 且次级绕组用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。
差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管 式等，图3-11为差动变压器的结构示意图。在非电量测量中， 应用最多的是螺线管式差动变压器， 它可以测量1～100mm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。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
图3-15 线圈排列方式
（a） 一节式; （b） 二节式; （c） 三节式; （d） 四节式11; （e） 五节式
图3-17 差动变压器输出电压的特性曲线
12
零点残余电压：
在零点总是有一个最小的输出电压。一般把这个最小的输出
电压称为零点残余电压。. 零点残余电. 压的大小是判别传. 感器质量.