自感式传感器应用.
自感型电感式传感器及其应用
自感型电感式传感器及其应用摘要随着信息时代的到来，信息技术对社会发展、科学进步起到了决定性的作用。
信息技术的基础包括信息采集、信息传输与信息处理，而信息的采集离不开传感器技术。
近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。
作为新型传感器的一种——变磁阻式传感器，对其深入研究也就更加愈加重要。
本文磁阻式传感器的基本概念入手，着重讨论了电感式、变压器式和电涡流式三种传感器的工作原理、输出特性、测量电路及其在生活中的实际应用。
旨在帮助我们利用传感器知识更好的改善生活，提高生活质量，从而促进社会进步。
关键词：变磁阻式传感器；电感式；变压器式；电涡流式；原理；应用AbstractWith the advent of the information age, information technology played a decisive role on social development, scientific progress. The foundation of information technology includes information collection, information transmission and information processing, and information collection cannot ignore the sensor technology. In recent years, the sensor is in the stage of development from traditional to new. Magnetic resistance sensor as a kind of new type of sensor, the research of it is becoming more and more important. This paper started with the basic concept of magnetic resistance sensor, and discussed the inductive, transformer and the eddy current type of the sensor's working principle, output characteristics, measurement circuit and the actual application in the life. Using sensors aimed at helping us improve life, also to promote social progress.Keywords：Magnetic Resistance Sensor; Inductive; Transformer; Eddy Current Type; Working Principle Application1.自感式电感传感器1.1自感式电感传感器定义自感式电感传感器，利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的传感器。
变气隙型自感传感器原理及应用
在铁 芯和 衔铁 之间 有气 隙 ，传 感器 的运动部 分与 衔铁
＋
相连 。 当衔铁移 动 时， 隙厚度６ 生 改变 ， 定会 引起磁 气 发 必
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
３ １ 变气 隙 长度 型 ．
变气隙长度型输 出特 性： Ｌ与６ 之间是非线性关系 ， 特性 曲
线 如 图 ２所 示 。
（ ａ） （ ｂ）
（ ） 气 隙长 度 型 ａ变
（ 变 气 隙截 面积 型 ｂ）
１激励 线 圈 ； － 心 ： － 铁 － ２铁 ３衔
图 １ 变 气 隙型 自感 传 感 器 原 理 图
气 隙型 自感传感 器的工作原理 很简要 ，对其传递 函数都只是
给 出一 个 结 果 ， 没 有 什 么 详 细 的推 导过 程 。 因此 ， 做 了 详 并 我 尽 的推 导和 分析 ， 就 它 的 线 性度 与 灵敏 度 进 行 分 析 比较 ， 还 并 文 章 的结 论 。
，
式中： ——线圈的匝数；蚰 —磁路的总磁阻， Ｗ Ｒ— 即铁 芯 、
中图分类号 ：Ｔ Ｍ２
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１０ －９ ３（０ ０） ９０ ８０ ０ ７３ ７ ２ １ ０ －８ —２
１ 引 言
又根据磁路欧姆定律： 。 妒 所 以， 线圈 １的 自感可按下式计算
： ． ：
研 究本 文 的 目的 是 由 于大 多数 的课 本 、资 料 上 所 介 绍 变
传感器 。
所 ＝ ∑ 去＋ 去＋
铁 芯 、 铁 和 气 隙 的导 磁 率 。 衔
传感器原理及其应用_第3章_电感式传感器
2
P
r
x
为简化分析，设螺管线圈的长径 比 l / r 1 ，则可认为螺管线 圈内磁场强度分布均匀，线圈 中心处的磁场强度为：
B
x
2 2 N NBS 0 N r L0 I I l
IN H l 则空心螺管线圈的电感为：
第3章 电感式传感器
当线圈插有铁芯时，由于铁芯是铁磁性材料，使插入部分的磁 阻下降，故磁感强度B增大，电感值增加。
如果铁芯长度 l e 小于线圈长度l，则线圈电感为
L
0N [lr ( r 1)l e re ]
2 2 2
l2
第3章 电感式传感器 当l e增加 l e 时，线圈电感增大ΔL，则
L L
电感变化量为
0N [lr ( r 1)(l e l e )re ]
0 N 2 S N2 N2 线圈自感L为： L 2 Rm 2 0 S
分类：
变气隙厚度δ的电感式传感器； 变气隙面积S的电感式传感器；
变铁芯磁导率μ的电感式传感器；
第3章 电感式传感器
自感式电感传感器常见的形式
变气隙式
变截面式
螺线管式
1—线圈coil ；2—铁芯Magnetic core ；3—衔铁Moving core
，上式展开成泰勒级数： 1
非线性误差为
0
2
0
100%
0
第3章 电感式传感器
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,如当Δδ/δ=10％时 , 单线圈γ＜10％；而差动式的 γ ＜1％ ③采用差动式传感器，还能抵 消温度变化、电源波动、外界 干扰、电磁吸力等因素对传感 器的影响
常用传感器原理及应用
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8
2）应变片粘贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传感器。 这种传感器常用来测量力、位移、压力、加速度等物理参数。在 这种情况下，弹性元件将得到与被测量成正比的应变，再通过应 变片转换成电阻的变化后输出。
当梁因将位被随而应移测之应变成物产变片正体生片接比产于产入的生位生桥电位移相路压移相应，信时等的输号，的应出。悬挠变与最臂度。新，版整理p测振力产定速pt 量动，生的度时加悬弯频成，速臂曲率正基度梁变范比座使在形围。固质惯。内定量性梁与在块力的振振产的应动动生作变体9体惯用在的上性下一加。
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3、螺管式
单螺管线圈型，当铁芯在线圈中运动时，
将改变磁阻，使线圈自感发生变化。这种
传感器结构简单、制造容易，但灵敏度低，
适用于较大位移(数毫米)测量。
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二、差动变压器式传感器（互感式）
双螺管线圈差动型，较之单螺
管线圈型有较高灵敏度及线性，
被用于电感测微计上，其测量 范围为0～300μm，最小分辨 力为0.5μm。线圈电感L1、 L2随铁芯位移而变化 .
被测非电量转换成电量的装置。
测力计
压力计
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温度计
2
二、传感器的组成
传感器通常由三部分组成： 敏感元件： 直接感受被测量,输出与被测量成确定关系。 转换元件： 敏感元件的输出就是转换元件的输入,它把输入转
换成电量参量 。 转换电路： 把转换元件输出的电量信号转换为便于处理、显
示、记录变片的结构和测量原理
电阻丝应变片是用直径为0.025mm具有高电阻率的电阻丝制 成的。为了获得高的阻值，将电阻丝排列成栅状，称为敏感栅， 并粘贴在绝缘的基底上。电最阻新版丝整理的pp两t 端焊接引线。敏感栅上6 面粘 贴有保护作用的覆盖层。
3检测技术-电感式传感器
L2
L2
L20
L0
0
0
2
0
3
差动自感传感器测量电路（转换电路） （1）交流电桥式
两个桥臂为传感器的线圈，另外两个为平衡电阻
交流电桥结构示意图
等效电路
初始状态时：
Z10 r1 jL1, Z20 r2 jL2 , Z3 Z4 R
r1 r2 r0 ,
L1 L2 L0 ,
空载输出电压 U0 (U / 2) (Δ Z / Z )
传感器衔铁移动方向相反时
Z1 Z Δ Z、Z2 Z Δ Z，
空载输出电压 U0 (U / 2) (Δ Z / Z )
衔铁上下移动相同距离时，输出电压大小相等方向 相差180º，要判断衔铁方向就是判断信号相位。
3.1.6 零点残余电压
Z10 Z20 Z0
衔铁上移时：Z1 Z0 Z1,
Z1 jL1
Z2 Z0 Z2 ,
输出电压为：
Z2 jL2
U0
U AC
(Z0 Z1)R (Z0 Z2 )R 2R(Z0 Z1 Z0 Z2 )
U AC 2
Z1 Z2 2Z0 Z1 Z2
U0
U AC 4
Z1 Z2 UAC
• u0的幅值要远 大于输入信号u2 的幅值, 以便有 效控制四个二极
管的导通状态。
• u0和u2由同一振荡器提供，保证二者同频、 同相（或反相）。
当位移Δx = 0时
i3
i1
i2
i4
当位移Δx = 0时，UL=0
当位移Δx > 0时, u2 与u0同频同相, 当位 移Δx< 0时 , u2与u0 同频反相。
布电容。
e
e1
零点残余电压的波形
自感式传感器
当线圈匝数W一定时，有 L f (,l, S) 。当固定其中任 意两个参数而改变另一个变量时，可制成一种自感式传感器 ----即有三种类型：变气隙型、变截面型和变磁导率型。
2.输出特性
保持磁导率μ和气隙有效截面积S不变，只改变气隙长度l，即以 气隙长度l为传感器的输入量，可制成变气隙型自感式传感器，常用 于微小线位移的测量。
以上的高次项，则自感值变化量△L与位移△l成比例关系。
此时，根据灵敏度定义，有:
Kl
L l
L0 l0
W 20
2l02
S
(3.15)
2）非线性误差
若用式(3.15)近似求取灵敏度，由于忽略了式中的高 次非线性项，会产生非线性误差。其大小为:
r [ l ( l )2 ]100%
l0
l0
（3.16）
r
l
图3.4 螺管式自感传感器的结构原理
特性分析（简要介绍）
设螺线管长为l，内径为r，线圈总匝数为Ｗ，线圈总电流强度 为Ｉ。根据磁路结构，磁路磁通主要由两部分组成：主磁通和漏磁 通（或称侧磁通）。
为研究方便，设r << l ，且认为线圈磁路上磁感应强度Ｂ均匀 分布。当线圈空心时，其电感值可近似为：
由式(3.15)和式(3.16)分析可知：要提高灵敏度，气隙初始距离 l0 应尽量
小。但 l0减小，为使灵敏度非线性误差不变，必使测量的范围△l变小。
一般对于变气隙型自感传感器，常取： △l /l0=0.1~0.2。
与变截面型自感式传感器相比，变气隙型自感式传感 器的灵敏度较高；但其非线性严重，自由行程小，制造装
L0
0W 2r 2
l
(主磁通引起 )
(3.23)
当半径为rc ，磁导率为μm的铁芯插入螺管线圈时，插入部分（长
传感器复习重点(传感器原理及其应用)(精心整理)
传感器原理及其应用第一章传感器的一般特性1）信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。
2）传感器又称变换器、探测器或检测器，是获取信息的工具广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
国家标准（GB7665-87）：定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
3）传感器的组成：敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。
基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。
4）传感器的静态性能指标（1）灵敏度定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比,传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。
①纯线性传感器灵敏度为常数，与输入量大小无关；②非线性传感器灵敏度与x有关。
（2）线性度定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。
线性度又可分为：①绝对线性度：为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。
②端基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。
端基直线定义：实际平均输出特性首、末两端点的连线。
③零基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。
④独立线性度：以最佳直线作为参考直线的线性度。
⑤最小二乘线性度：用最小二乘法求得校准数据的理论直线。
（3）迟滞定义：对某一输入量，传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量，这一现象称为迟滞。
即：传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。
（4）重复性定义：在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，同一输入量值多次测量所得的输出之间相互偏离的程度。
传感器与检测技术第2版课件第3章
在Ui的正半周还是负半周，电桥输出电压U0均为负值，即
综上所述可知，采用带相敏整 流的交流电桥，其输出电压既 能反映位移量的大小，又能反 映位移的方向，所以应用较为 广泛。
3.1.3自感式传感器应用实例
• 1. 自感式压力传感器
1）尽可能保证传感器尺寸、线圈电气参数和磁路对称。 2）选用合适的测量电路。 3）采用补偿线路减小零点残余电压。
3.2.2测量电路
• 1. 差动整流电路
• 采用差动整流电路后，不但可以用 0 值居中的直流电表指示输 出电压或电流的大小和极性，还可以有效地消除残余电压，同时 可使线性工作范围得到一定的扩展。
• 2.带相敏整流的交流电桥
为了既能判别衔铁位移的大小，又能判断出衔铁位移的方向，通常 在交流测量电桥中引入相敏整流电路，把测量桥的交流输出转换为 直流输出
图中电桥的两个臂Z1、Z2分别为差动式传感器中 的电感线圈，另两个臂为平衡阻抗Z3、Z4（Z3= Z4 = Z0 ） , VD1、VD2、VD3、VD4四只二极管组成
• 由上式可知，这时电桥输出电压，电桥处于平衡状态。
• 当铁芯向一边移动时，Z1= Z0 + ∆Z， Z2= Z0﹣∆Z，代入上式得
当传感器线圈为高Q值时，可得到输出电压的值为
同理，当活动铁心向另一边（反方向）移动时，则有
综合以上两式可得知电桥输出电压
差动式自感传感器采用变压器交流电桥为测量电路时，电桥输出电压 既能反映被测体位移量的大小，又能反映位移量的方向，且输出电压与 电感变化量呈线性关系。
1~100mm范围内的机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、 性能可靠等优点。
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《传感器应用技术》课程
4-1自感式传感器
4-1-1 自感式传感器应用
《传感器应用技术》
目 录
1
滚柱直径分选装置
2
3
差动电感压力传感器
其他应用
《传感器应用技术》
滚柱直径分选装置
1.电感式滚柱直径分选装置
电感式滚柱直径分选装置实物
《传感器应用技术》
滚柱直径分选装置
电感式滚柱直径分选装置结构原理
《传感器应用技术》
差动电感压力传感器
2. 变气隙式差动电感压力传感器主要由C形弹簧管、衔铁、铁芯和线圈等组成。
变气隙式差动电感压力传感器
《传感器应用技术》
其他应用
电感式传感器还可以应用于磨加工主动测量、测量长度位移量和制做电子测微仪。