3.1 自感式传感器
传感器与检测技术-电感式传感器
电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置。
可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。
电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感，在被测量转换成线圈自感或互感的变化时。
一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。
这类传感器的主要特征是具有线圈绕组。
丄3. 1自感式传感器丄3. 2变压器式传感器丄3. 3涡流式传感器丄3. 4压磁式传感器丄3. 5感应同步器*本章要点3. 1自感式传感器©3.1©3. 1 蛛3・1©3. 1©3. 11自感式传感器的工作原理2灵敏度与非线性3等效电路T<14转换电路5零点残余电压©3. 1 6自感式传感器的特点及应用3. 1. 1自感式传感器的工作原理电感值与以下几个参数有关：与线圈匝数W平方成正比；与空气隙有效截面积S。
成正比；与空气隙长度1。
所反比。
刪图3-1自感式传感器原理图刪图3-2截面型自感式传感器B为动铁芯（通称衔铁）A为固定铁芯辎图3-3差动自感式传感器3. L1自感式传感器的工作原理截面型自感式传感器3. 1. 1自感式传感器的工作原理图LT3. L1自感式传感器的工作原理差分自感式传感器丕页iHBr图库J■・■3. 1. 2灵敏度与非线性气隙型其灵敏度为: 差动式传感器其灵敏度:S==lo以上结论在满足A 1/10< VI时成立。
从提高灵敏度的角度看，初始空气隙1。
距离人应尽量小。
其结果是被测量的范围也变小。
同时，灵敏度的非线性也将增加。
如釆用增大空气隙等效截面积和增加线圈匝数的方法来提高灵敏度，则必将增大传感器的几何尺寸和重量。
这些矛盾在设计传感器时应适当考虑。
与截面型自感传感器相比，气隙型的灵敏度较高。
但其非线性严重，自由行程小，制造装配困难。
因此近年来这种类型的使用逐渐减少。
差动式传感器其灵敏度与单极式比较。
其灵敏度提高一倍，非线性大大减小。
自感式传感器的基本结构
自感式传感器的基本结构
自感式传感器是一种常见的传感器类型，其基本结构包括以下几个主要组成部分：
1. 线圈（Coil）：线圈是自感式传感器的核心部件，由导线或线圈绕制而成。
线圈的导线通常采用导电性能良好的金属材料，如铜线或银线。
线圈的绕制方式和形状会根据具体的应用需求进行设计。
2. 芯片（Chip）：芯片是自感式传感器中的电路部分，包括信号处理、放大和解码等功能。
芯片通常采用集成电路技术，用于对线圈感应到的信号进行处理和转换，以提取有用的信息。
3. 驱动电源（Drive Power）：驱动电源为自感式传感器提供工作所需的电能。
传感器的工作电源可以是直流电源或交流电源，具体取决于传感器的设计和应用场景。
4. 外壳（Housing）：外壳是自感式传感器的保护壳体，用于固定和保护传感器的内部结构。
外壳通常由耐用的材料制成，如金属或塑料，以保证传感器的稳定性和可靠性。
5. 连接器（Connector）：连接器用于将自感式传感器与外部电路或设备连接起来，实现信号的传输和控制。
连接器通常采用标准化接口，方便与其他设备进行连接。
以上是自感式传感器的基本结构，不同类型的自感式传感器在具体结构上可能有一些差异，但总体原理是通过感应线圈中的变化电磁场来检测目标物体的参数或状态。
3.1.1 应变式传感器一
3. 电阻-应变特性
➢ 对半导体材料，主要是电阻率的变化：
dR R
d
L E x
“压阻效应”
3.1.1电阻应变片（计）的工作原理
4. 电阻应变片的横向效应
(a) 应变片及轴向受力
(b) 横向效应
应变片轴向受力及横向效应
分析：
➢ 应变片的纵向应与测量的形变方向一致 ➢ 圆弧部分产生负的电阻变化，降低了应变片的灵敏度 ➢ 必须采取措施减小横向效应的影响（改进结构等）
发展历史很长，但现在仍然保持了强大的生命力。
3 阻抗式传感器
3.1 电阻应变式传感器
电阻应变式传感器的优点
测量灵敏度和精度高
在常温时精度可达 0.01%左右。
测量范围广
测量范围为10-4~2×105量
频率响应好
级可的以微测应量变从。静 态 到 数 十
万赫的动态应变。
应变片尺寸小，重量轻 最小的应变片栅长
应变花 敏感栅采用的是合金的金属箔，用刻图制板、光
刻及腐蚀等工艺制作，其厚度一般在0.001~0.01mm。
3.1.2 电阻应变片的种类、参数
1. 电阻应变片的种类 箔式应变片优点
可制成多种复杂形状、尺寸准确的敏感栅，以适应 不同的测量要求；
横向效应小； 散热条件好，允许电流大，提高了输出灵敏度； 蠕变和机械滞后小，疲劳寿命长； 生产效率高，便于实现自动化生产。
应
变
表面
片
展开
附在弹性元件上的电阻应变片 随之发生变形，电阻应变计再将变 形转换为电阻值的变化。
提高传感器的精度
3 阻抗式传感器
3.1.1电阻应变片（计）的工作原理
金 属 丝 拉 伸 实 验
3.1 电阻应变式传感器
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
自感式传感器工作原理
自感式传感器工作原理一、引言自感式传感器是一种常见的传感器类型，广泛应用于工业、医疗、航空航天等领域。
其工作原理是基于电磁感应原理，通过测量磁场的变化来检测物体的位置或运动状态。
本文将详细介绍自感式传感器的工作原理。
二、电磁感应原理电磁感应是指导体内部或周围的电场和磁场相互作用时所产生的现象。
根据法拉第电磁感应定律，当导体中存在变化的磁场时，就会在导体内部产生电动势，并且这个电动势大小正比于磁场变化率。
三、自感式传感器结构自感式传感器通常由线圈和铁芯组成。
线圈通常采用多层绕制，铁芯则是一个环形或U形结构。
当物体靠近传感器时，会改变铁芯中的磁场分布，从而改变线圈中的自感系数。
四、自感系数自感系数是指线圈中每单位长度上通过单位面积所产生的电动势。
它可以表示为：L = NΦ/I其中L为自感系数，N为线圈匝数，Φ为线圈中的磁通量，I为线圈中的电流。
五、自感式传感器工作原理当物体靠近传感器时，铁芯中的磁场分布发生变化，从而改变了线圈中的自感系数。
由于自感系数与磁场强度成正比，因此当物体靠近时，线圈中的电动势也会发生变化。
这个变化可以通过测量线圈中的电压或电流来检测。
六、应用举例自感式传感器可以用于检测物体的位置或运动状态。
例如，在汽车制造过程中，可以使用自感式传感器来检测车轮是否正常旋转。
在医疗领域，可以使用自感式传感器来检测人体内部器官的位置和运动状态。
七、总结自感式传感器是一种基于电磁感应原理的传感器类型。
其工作原理是通过测量磁场的变化来检测物体的位置或运动状态。
通过了解自感系数和铁芯结构等关键参数，可以更好地理解和应用这种传感器。
传感器第七课
~
D
U AC UB 2
B
图3-8 变压器交流电桥
UAC Z 2 Z1 U 0 UAB UA UB 2 Z1 Z 2
初始位置：
Z 1 Z 2 Z , UAB 0
衔铁上移：
Z 1 Z Z ,
Z 2 Z Z
e 圈的输出瞬
时电压极性如何，整流
R1
d
电路的输出电压U0始终
等于R1、R2两个电阻上
U1
b g R2 H
U0
的电压差。
+
图3-14 全波差动整流电路
U 0 U dc U gh U dc U hg
全波差动整流电 铁
路电压波形
芯 在 零 位 以 上 铁 芯 在 零 位 铁 芯 在 零 位 以 下
Udc
t
Ugh U0 t t
结论： 铁芯在零位以 上或零位以下 时，输出电压 的极性相反， 零点残存电压 自动抵消。
Udc t Ugh
t U0 Udc Ugh U0 t t t
t
2． 二级管相敏检波电路
容易做到输出平衡，便于阻抗匹配。图中比较
电压Ｕ２和Ｕ１同频，经过移相器使Ｕ２和Ｕ１保
持同相或反相，且满足Ｕ２＞＞Ｕ１ 。
0 0
线圈
铁芯
衔铁上移 , 0
δ 衔铁
Δδ
衔铁下移 , 0
当 1 时， 0
忽略高次项：
L L
K
L
L 1
输出特性的非线性：为获得较好的线性关 系，需限制测量范围，使衔铁位移在较小范围 内变化， ，一般取 0.1 ~ 0.2 为获得较高灵敏度， 气隙初始值不宜过大。 适用于微小位移的测 量，测量范围为 0.001~1mm。
自感式传感器PPT学习教案
1 r
1
rc r
2 lc
l
x
两只线圈的灵敏度大小相等，符号相 反，具 有差动 特征。 式(3.1.21)和式(3.1.24)可简化为
k1
k2
dL1 dx
dL2 dx
0W 2 r l2
1
r2 c
W 2 r 2l
L L L 0 r c c
0
10
20
l2
自感式传感器
k1
k2
0W 2r rc2 l2
组成:膜盒、 铁芯、 衔铁及线圈 等, 衔铁与膜盒的上端连在一起。
上一页
原理：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, 电流表指示值就反 映了被测压力的大小。
第30页/共32页
当被测压力进入C形弹簧管时, C形弹簧管产生变形, 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, 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 压与被 测压力 之间成 比例关 系, 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。
0abw2 20
L 0(a a)bw2 20
L L0 L 0abw2 20
S L 0bw2 a 20
H 0
第14页/共32页
3.1.4 螺线管式自感传感器
1-螺线管线圈Ⅰ； 2-螺线管线圈Ⅱ； 3-骨架； 4-活动铁芯
差动螺线管式电感传感器结构原理图
L10，L20——分别为线圈Ⅰ、Ⅱ的初始 电感值 ；
3电感式传感器WL
二、谐振调幅电路 图3-29 谐振调幅电路
图3-30 谐振调幅电路特性
三、谐振调频电路 图3-31 调频电路原理图
3.3.3 涡流式传感器的特点及应用
涡流式传感器的特点是结构简单、易于进行非接触的连续 测量，灵敏度较高，适用性强。
图3-32 低频透射涡流测厚仪原理
图3-33 不同频率下的e=f(h)曲线
转换电路
调幅电路 调频电路 调相电路
Hale Waihona Puke 一、调幅电路 1、交流电桥
空载时，交流电桥的开路输出电压为：
接入负载时，交流电桥的输出电压为：
电阻平衡臂电桥
忽略直流电阻的变化，并且 电感线圈的品质因数设计的很大时：
变压器电桥
以上两种情况的空载输出完全一样。 但后者使用元件少，输出阻抗小，广泛使用。
2、谐振式调幅电路
第3章 电感式传感器
把被测量的变化转换为线圈自感或互感的变化。可以测 量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等物理量。
核心部分是可变自感或可变互感，一般要利用磁场作为 媒介或利用铁磁体的某些现象，把被测量转换成线圈自感或 互感的变化。
主要特征是具有线圈绕组。
自感原理：自感式传感器 互感原理：变压器式传感器、感应同步器 涡流效应：涡流式传感器 压磁效应：压磁式传感器
差动相敏检波电路
差动整流电路
3.2.4 零点残余电压的补偿
差动变压器也存在零点残余电压问题。零点残余电压 的存在使得传感器的特性曲线不通过原点，并使实际 特性不同于理想特性。
采用对称度很高的磁路线圈来减小零点残余电压在设 计和工艺上是有困难的，可在电路上采取补偿措施， 这是最简单有效的方法。
3.1.3 等效电路
从电路角度看，自感式传感器并非纯电感。 有功电阻Rq：线圈的铜损耗＋铁芯的涡流及磁滞损耗。 无功阻抗：电感＋绕组间的分布电容C。
传感器知识第3章
0 忽略掉二次项以上的高次项，
L2 L0 0
1 时，同样展开成级数为
L2 L0 0 0
0
2
3
ΔL2与Δδ成线性关系。
由此可见，高次项是造成非线性的主要原因，且ΔL1 和ΔL2 是不相等的。 当Δδ/δ0 越小时，则高次项迅速减小，非线性得到改善。这说明了输出特性 和测量范围之间存在矛盾，所以，变气隙厚度式电感传感器用于测量微小位 移量是比较精确的（测量范围：0.001~1mm）。一般实际应用中，取 Δδ/δ0≤0.1。 忽略二次以上项后，传感器灵敏度为
ll——磁通通过铁芯的长度(m)；
Sl——铁芯横截面积(m2)； μ1——铁芯材料的导磁率(H／m)
l2——磁通通过衔铁的长度(m)；
S2——衔铁横截面积(m2)； μ2——衔铁材料的导磁率(H／m)
δ——气隙厚度(m)；S——气隙横截面积(m2)；
μ0——空气的导磁率(4π×10-7H／m)。 由于RF《Rδ，（μ1,μ2 》μ0 ），常常忽略RF ，因此，可得线圈电感为
第3章 电感式传感器
2. 输出特性
线圈 电感
气隙 电感
线圈
0 SW 2 L1 2 0
0 SW 2 L2 2 0
5
3 L L2 L1 2 L0 0 0 0
螺管插铁型电感传感器结构简单、便于制作、量程大，但灵敏度低。
第3章 电感式传感器
六、差动自感传感器
上述三种单一式的传感器，由于线圈电流的存在，它们的衔铁都受单 向电磁力作用，而且易受电源电压和频率的波动及温度变化等外界干扰的 影响，因此不适合精密测量。在不少场合，它们的非线性（即使是变面积 式传感器，由于磁通边缘效应，实际上也存在非线性）限制了使用。因此 绝大多数自感式传感器都采用差动式结构。 利用两只完全对称的单个电感传感器合用一个活动衔铁，这样可构成 差动式电感传感器。其结构特点是上、下两个磁体的几何尺寸、材料、电 气参数均完全一致。传感器的两只电感线圈接成交流电桥的相邻桥臂，另 外两只桥臂由电阻组成，它们构成四臂交流电桥，供桥电源为交流，桥路 输出为交流电压。
自感式电感传感器的工作原理
自感式电感传感器的工作原理自感式电感传感器是一种常见的传感元件，具有广泛的应用领域。
它主要通过电感的变化来感知环境的物理量或电气信号，并将信号转化为可供其他电路或系统使用的电信号。
本文将介绍自感式电感传感器的工作原理及其应用。
自感式电感传感器由线圈和铁芯组成。
线圈上有一定的匝数，当电流通过时，会产生磁场。
这个磁场的强弱与线圈的电流成正比。
当外部物理量或电气信号改变时，线圈的电流或电压也会改变，从而影响磁场的强度。
这种改变可以通过测量磁场的变化来感知外部物理量或电气信号。
具体来说，当自感式电感传感器与外界物理量或电气信号有耦合时，会引起线圈中的电感变化。
这种变化可以通过测量线圈中电流的变化来获取。
例如，当自感式电感传感器被放置在一个变化的磁场中时，线圈中的电感将随磁场变化而变化，进而导致线圈中的电流变化。
通过测量线圈中电流的大小或变化，可以得到与磁场强度相关的信息。
自感式电感传感器还可以应用于电气信号的检测。
当自感式电感传感器与电气信号耦合时，线圈中的电感也会发生变化。
通过测量线圈中的电感变化，可以得到与电气信号强度相关的信息。
这种应用广泛应用于电源管理、电子系统监控和无线通信等领域。
自感式电感传感器的工作原理基于电磁感应定律和电感变化的原理。
根据电磁感应定律，当线圈中有变化的外磁场时，会在线圈中产生感应电动势。
这个感应电动势的大小与磁场的变化速率成正比。
因此，通过测量线圈中的感应电动势或电流的变化，可以间接地获取外部物理量或电气信号的信息。
在实际应用中，自感式电感传感器可以采用不同的工作方式。
例如，可以通过改变线圈的参数如匝数、线径等来调节传感器的灵敏度。
还可以利用激励信号和检测信号实现传感器的工作。
激励信号可以是交流信号或脉冲信号，用于激发线圈中的电流。
检测信号则用于测量线圈中的电流或感应电动势的变化。
总之，自感式电感传感器是一种基于电感变化原理的传感器。
它通过感知线圈中的电流或感应电动势的变化来获取外部物理量或电气信号的信息。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
根据以上两式，可以求得每只线圈的灵敏度。 根据以上两式，可以求得每只线圈的灵敏度。
返
回
上一页
下一页
线圈的灵敏度为
dL1 dL2 πµ 0W (µ r − 1)r k1 = −k 2 = =− = 2 dx dx l
2
2 c
上式表明两只线圈的灵敏度大小相 符号相反，具有差动特征。 等，符号相反，具有差动特征。
3.1 自感式传感器
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6 工作原理 变气隙式自感传感器 变面积式自感传感器 螺线管式自感传感器 自感式传感器测量电路 自感式传感器应用举例
自感： 自感： 当一个线圈中的电流变化时， 当一个线圈中的电流变化时，线圈 的磁通也随着变化， 的磁通也随着变化，线圈本身将产生感 应电动势，这种现象称为自感。 应电动势，这种现象称为自感。 产生的感应电动势称为自感电动势。 产生的感应电动势称为自感电动势。
∆δ ∆δ 2 ∆δ 1 + ∆L = L 0 + δ + ⋯ δ0 δ0 0
∆L ∆δ = L0 δ0
返 回
∆δ ∆δ + ⋯ 1 + + δ δ0 0
2
上一页 下一页
同理， 同理，当衔铁随被测物体的初始位置 向下移动时，有 向下移动时，
L 0 = L10 = L 20 =
πr µ 0W
2
2
l
2 rc l c 1 + (µ r − 1) r l
分别为线圈Ⅰ 的初始电感值； L10，L20分别为线圈Ⅰ、Ⅱ的初始电感值； l为线圈的长度； 为线圈的长度； 为线圈的长度 W为每个线圈的匝数； 为每个线圈的匝数； 为每个线圈的匝数 为活动铁心的相对导磁率； µr为活动铁心的相对导磁率； 活动铁心半径； rc为活动铁心半径； 2lc为活动铁心长度。 为活动铁心长度。
返
回
上一页
下一页
(2) 相敏检波电路
当衔铁偏离中间位置而使Z1=Z+ΔZ增加，则 当衔铁偏离中间位置而使Z =Z+Δ 增加， =Z减少。这时当电源u上端为正， Z2=Z-ΔZ减少。这时当电源u上端为正，下端为负 电阻R 上的压降大于R 上的压降； 时，电阻R1上的压降大于R2上的压降；当u上端为 下端为正时， 上压降则大于R 上的压降， 负，下端为正时，R2上压降则大于R1上的压降，电 压表V输出上端为正，下端为负。 压表V输出上端为正，下端为负。
∆δ ∆δ 2 ∆δ 3 ∆δ 1 − ∆L = L 0 + δ − δ + ⋯ δ0 δ0 0 0
∆L0 ∆δ ∆δ ∆δ ∆δ − + ⋯ 1 − = + L0 δ0 δ0 δ0 δ0
L
灵敏度很高，但线性差，适用于线性要求不高的场合 灵敏度很高，但线性差，
返
回
上一页
下一页
3.调相电路 3.调相电路
返 回 上一页 下一页
∆L ∆δ 对上式进行线性处理， 对上式进行线性处理，即忽略高次项得 L = 2 δ 0 0
∆L / L 0 2 灵敏度k 灵敏度k0为 k 0 = = ∆δ δ0
（1）差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈式 自感传感器的两倍。 自感传感器的两倍。 传感器的两倍
∆δ （2）单线圈是忽略 以上高次项，差动式是忽 δ 以上高次项， 0 3 ∆δ 略 以上高次项，因此差动式自感式传感器线 δ 以上高次项， 0
当衔铁偏离中间零点时
z1
Z1 = Z +∆Z、 2 = Z −∆Z， Z
u0 = (u / 2) ×(∆Z / Z)
使用元件少，输出阻抗小 广泛应用。 使用元件少，输出阻抗小, 广泛应用。
返 回 上一页 下一页
当传感器衔铁移动方向相反时
Z1 = Z −∆Z; 2 = Z +∆Z， Z
空载输出电压
电感传感器的基本工作原理演示 电感传感器的基本工作原理演示
F
气隙变小，电感变大，电流变小。
自感式电感传感器常见的形式
变隙式
变截面式
螺线管式
3.1.1 工作原理
a) 变气隙型
b) 变截面型 自感式传感器
下一页
线圈自感
Ψ WΦ W L= = = I I Rm
2
Ψ—— 线圈总磁链,单位：韦伯； 线圈总磁链,单位：韦伯； I —— 通过线圈的电流，单位：安培； 通过线圈的电流，单位：安培； W —— 线圈的匝数； 线圈的匝数； Rm—— 磁路总磁阻，单位：1/亨。 磁路总磁阻，单位：1/亨
3.1.2 变气隙式自感传感器
l1 l2 2δ Rm = + + µ1 S 1 µ 2 S 2 µ 0 S 0
通常气隙的磁阻远大于 铁芯和衔铁的磁阻 ，即
l1 2δ 〉〉 µ 0 S 0 µ1 S1
l2 2δ 〉〉 µ0 S0 µ2 S2
返 回 上一页 下一页
变气隙型
2δ ∴ Rm ≈ µ0 S0
W µ0 S0 W ∴L = = Rm 2δ
2 2
由此可知， 与 之间是非线性关系 之间是非线性关系。 由此可知，L与δ之间是非线性关系。
当衔铁处于初始位置 时，初始电感量为
W µ0 S0 L0 = 2δ 0
2
当衔铁上移∆δ时 当衔铁上移 时，则 δ = δ 0 − ∆δ 代入式（3.1.6） 代入式（3.1.6）并整理得
πµ 0W µ r rc
l
2
2
3.1.5 自感式传感器测量电路
1. 调幅电路 2. 调频电路 3. 调相电路 4. 自感传感器的灵敏度
返
回
上一页
下一页
1.调幅电路 1.调幅电路
(1) 变压器电路
u/2
z2
u0
u/2
u 输出空载电压 Z1 = Z2 = Z， 0 = 0 u u u Z1 − Z2 u0 = Z1 − = Z1 + Z2 2 2 Z1 + Z2 初始平衡状态， 初始平衡状态，Z1=Z2=Z, u0=0
(3) 谐振式调幅电路
电路的灵敏度很高，但是线性差， 电路的灵敏度很高，但是线性差，适用 于线性要求不高的场合。 于线性要求不高的场合。
返 回 上一页 下一页
2.调频电路 2.调频电路
传感器自感变化将引起输出电压频率的变化 f
f =1/ 2 LC π
C
L G
f
0
∆ f = −(LC)
−3/ 2
C∆L/ 4 = −( f / 2) ×(∆L/ L) π
返 回
lδ
+
l
µ0 µr S
上一页
W µ0 = S = K ′S lδ − l / µ r
2
下一页
灵敏度
dL k0 = = K′ ds
变面积式自感传感器在忽略气隙磁 通边缘效应的条件下， 通边缘效应的条件下，输入与输出呈线 性关系； 性关系；因此可望得到较大的线性范围 但是与变气隙式自感传感器相比， 。但是与变气隙式自感传感器相比，其 灵敏度降低。 灵敏度降低。
2
L = L0 + ∆L，
W µ0 S0 L = L0 + ∆L = = 2(δ 0 − ∆δ )
返 回 上一页 下一页
L0 ∆δ 1−
δ0
当 ∆δ / δ 0 〈〈1 时
上式可用泰勒级数展开成如下的级数形式 ∆δ ∆δ 2 + ⋯ L = L0 + ∆L = L0 1 + + δ0 δ0
2 3
对式（3.1.11）（3.1.13）作线性处理， 对式（3.1.11）（3.1.13）作线性处理， ）（3.1.13 即忽略高次项后可得 ∆L ∆δ = L0 δ0 灵敏度为
∆L / L 0 1 k0 = = ∆δ δ0
可见，变气隙式自感传感器的测量范围与 可见，变气隙式自感传感器的测量范围与灵 测量范围 敏度及线性度是相矛盾的 是相矛盾的， 敏度及线性度是相矛盾的，因此变隙式自感式传 感器适用于测量微小位移场合。 测量微小位移场合 感器适用于测量微小位移场合。为了减小非线形 误差，实际中广泛采用差动变隙式电感传感器。 误差，实际中广泛采用差动变隙式电感传感器。
返
回
上一页
下一页
W2 L= n li δ 2 ∑µ S + µ S i= 1 i i 0
即 L = f (δ, S) ：
L= f1(δ ) L = f2 (S)
变气隙型传感器 变截面型传感器
若线圈中放入圆柱形衔铁， 若线圈中放入圆柱形衔铁，当衔铁上下移动时 自感两量将变化，这就构成了螺管型传感器。 自感两量将变化，这就构成了螺管型传感器。
3.1.4 螺线管式自感传感器
有单线圈和差动式两种结构
单线圈螺线管式
返
回
上一页
下一页
开磁路差动螺线管式 开磁路差动螺线管式
1-螺线管线圈Ⅰ； 螺线管线圈Ⅰ 螺线管线圈Ⅱ 2-螺线管线圈Ⅱ； 骨架； 3-骨架； 4-活动铁芯
铁心初始状态处于对称位置上， 铁心初始状态处于对称位置上，使两 边螺线管的初始电感值相等， 边螺线管的初始电感值相等，即
返
回
上一页
下一页
差动电感传感器
在变隙式 差动电感传感 器中， 器中，当衔铁 随被测量移动 而偏离中间位 置时， 置时，两个线 圈的电感量一 个增加， 个增加，一个 减小， 减小，形成差 动形式。 动形式。
1-差动线圈 2-铁芯 3-衔铁 4-测杆 5-工件
差动变隙式电感传感器