差动变压器式传感器
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2018/12/4 第3章 阻抗型传感器 16
2 变磁阻式传感器 2.3 测量电路（转换电路）
交流电桥式检测电路 两个桥臂由相同线圈组成差动形式，另外两个为平衡电阻
交流电桥结构示意图
等效电路
Z 2 Z3 Z1Z 4 U0 U AC Z1 Z 2 Z3 Z 4
L / L0 2 k0 差 0
L 2 [1 ( ) ] L0 0 0 0
k0 单
L / L0 1 0
1. 比较单线圈，差动式的灵敏度提高了一倍； 2. 差动式非线性项与单线圈相比，多乘了(Δδ/δ)因子； 不存在偶次项使Δδ/δ0进一步减小，线性度得到改善。 3. 差动式的两个电感结构可抵消部分温度、噪声干扰。
L2 2 [1 ( ) ] L0 0 0 0
电感量的相对变化为
2018/12/4 第3章 阻抗型传感器 14
2 变磁阻式传感器 2.2 输出特性
差动变隙式总的电感变化为：
L L1 L2 2 L0
0
[1 (
0
)2 (
Δδ/δ << 1时，可将前式用泰勒级数展开,求出电感增量
L L0 L L0 [1
0
(
0
) (
2
0
)3 ]
衔铁下移时电感的相对增量增大
L 2 2 3 [1 ( ) ] ( ) ( ) L0 0 0 0 0 0 0
2018/12/4
第3章 阻抗型传感器
10
2 变磁阻式传感器 2.2 输出特性 （变气隙式）
气隙厚度变化时，L与δ 为反比关系
2 N 0 A N L Rm 2 2
L
L0+ΔL L0 L0-ΔL
δ0 –Δ δ
电感初始气隙δ0 处, 初始电感量为
N 2 0 A L0 2 0
δ0
特性曲线非线性
Rm ：磁路总磁组；
Rσ：气隙磁阻; δ : 气隙厚度； μ0 :导磁率（真空）； A: 气隙的截面积.
2018/12/4 第3章 阻抗型传感器 8
2.1 工作原理
线圈电感量可按下式计算：
2 N 0 A 2 L N / Rm 2
2 Rm 0 A
式中： N 线圈匝数 ；
变磁阻式传感器又分为：
差动式原理
差动变隙式由两个相同的线圈L1、L2 和磁路组成。当被测量通过导杆使衔 铁（左右）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。
当衔铁移动时，两个电感一个增加另一个减小变化时
L1 2 [1 ( ) ] L0 0 0 0
δ
衔铁位移Δδ引起的电感变化为
N 2 0 A N 2 0 A / 2 0 L0 L L0 L 2( 0 ) (1 / 0 ) 1 / 0
Δδ/δ << 1时，用泰勒级数展开。
2018/12/4 第3章 阻抗型传感器 11
2 变磁阻式传感器 2.2 输出特性
L L0 0
L [1 ( ) 2 ] L0 0 0 0
定义变磁阻式传感器的灵敏度为
k0 L / L0 1 0
衔铁气隙变化引起电感的相对变化量
2018/12/4 第3章 阻抗型传感器 13
2 变磁阻式传感器 2.2 输出特性
衔铁上移时电感的相对增量减小
L 2 2 3 [1 ( ) ] ( ) ( ) L0 0 0 0 0 0 0
2018/12/4
第3章 阻抗型传感器
12
2 变磁阻式传感器 2.2 输出特性
Δ δ /δ <<1时，忽略高次项（非线性项）， 电感相对变化量与气隙变化成正比关系
变气隙厚度型（δ ）(上下运动) 变气隙截面积型（A）(前后左右运动)
• 可见只要改变气隙厚度或气隙截面积 就可以改变磁路的气隙磁阻。
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第3章 阻抗型传感器
9
根据结构形式不同，可变磁阻式传感器又分为：
气隙厚度变化型 气隙面积变化型 螺管型三种类型
目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器
0
) 4 ]
对上式进行线性处理，忽略高次项得：
L 2 L0 0
差动形式的灵敏度为
k0
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L / L0 2 Baidu Nhomakorabea 0
第3章 阻抗型传感器 15
2 变磁阻式传感器 2.2 输出特性
☻结论：
差动形式与单线圈比较
L 2 [1 ( ) 2 ( ) 4 ] L0 0 0 0
5
2018/12/4
第3章 阻抗型传感器
6
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第3章 阻抗型传感器
7
2 自感式传感器（变磁阻式） 2.1 工作原理
结构: 铁芯、线圈、衔铁三部分组成。铁芯和衔铁之 间有气隙，气隙厚度为δ0 ; 传感器运动部分与衔铁相连，衔铁移动时δ发生变化 引起磁路的磁阻Rm变化，使电感线圈的电感值 L 变化； 由于磁路的气隙磁阻远大于铁心磁阻和衔铁磁阻,可近 似为 2 Rm R 0 A
1概述 2自感式传感器
3差动变压器式传感器
4电涡流式传感器
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第3章 阻抗型传感器
1
1 概述
1.1电感式传感器的定义 利用电磁感应原理将被测非电量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，这种装置称为电感式传感器。
被测非电量 自感系数L U、I、f
电磁 感应
互感系数M
测量 电路
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第3章 阻抗型传感器
2
1.2电感式传感器的分类 电感式传感器可分为自感式传感器、互感式传感器 （差动变压式传感器）和电涡流传感器三种类型。
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第3章 阻抗型传感器
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第3章 阻抗型传感器
2 变磁阻式传感器 2.3 测量电路（转换电路）
交流电桥式检测电路 两个桥臂由相同线圈组成差动形式，另外两个为平衡电阻
交流电桥结构示意图
等效电路
Z 2 Z3 Z1Z 4 U0 U AC Z1 Z 2 Z3 Z 4
L / L0 2 k0 差 0
L 2 [1 ( ) ] L0 0 0 0
k0 单
L / L0 1 0
1. 比较单线圈，差动式的灵敏度提高了一倍； 2. 差动式非线性项与单线圈相比，多乘了(Δδ/δ)因子； 不存在偶次项使Δδ/δ0进一步减小，线性度得到改善。 3. 差动式的两个电感结构可抵消部分温度、噪声干扰。
L2 2 [1 ( ) ] L0 0 0 0
电感量的相对变化为
2018/12/4 第3章 阻抗型传感器 14
2 变磁阻式传感器 2.2 输出特性
差动变隙式总的电感变化为：
L L1 L2 2 L0
0
[1 (
0
)2 (
Δδ/δ << 1时，可将前式用泰勒级数展开,求出电感增量
L L0 L L0 [1
0
(
0
) (
2
0
)3 ]
衔铁下移时电感的相对增量增大
L 2 2 3 [1 ( ) ] ( ) ( ) L0 0 0 0 0 0 0
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10
2 变磁阻式传感器 2.2 输出特性 （变气隙式）
气隙厚度变化时，L与δ 为反比关系
2 N 0 A N L Rm 2 2
L
L0+ΔL L0 L0-ΔL
δ0 –Δ δ
电感初始气隙δ0 处, 初始电感量为
N 2 0 A L0 2 0
δ0
特性曲线非线性
Rm ：磁路总磁组；
Rσ：气隙磁阻; δ : 气隙厚度； μ0 :导磁率（真空）； A: 气隙的截面积.
2018/12/4 第3章 阻抗型传感器 8
2.1 工作原理
线圈电感量可按下式计算：
2 N 0 A 2 L N / Rm 2
2 Rm 0 A
式中： N 线圈匝数 ；
变磁阻式传感器又分为：
差动式原理
差动变隙式由两个相同的线圈L1、L2 和磁路组成。当被测量通过导杆使衔 铁（左右）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。
当衔铁移动时，两个电感一个增加另一个减小变化时
L1 2 [1 ( ) ] L0 0 0 0
δ
衔铁位移Δδ引起的电感变化为
N 2 0 A N 2 0 A / 2 0 L0 L L0 L 2( 0 ) (1 / 0 ) 1 / 0
Δδ/δ << 1时，用泰勒级数展开。
2018/12/4 第3章 阻抗型传感器 11
2 变磁阻式传感器 2.2 输出特性
L L0 0
L [1 ( ) 2 ] L0 0 0 0
定义变磁阻式传感器的灵敏度为
k0 L / L0 1 0
衔铁气隙变化引起电感的相对变化量
2018/12/4 第3章 阻抗型传感器 13
2 变磁阻式传感器 2.2 输出特性
衔铁上移时电感的相对增量减小
L 2 2 3 [1 ( ) ] ( ) ( ) L0 0 0 0 0 0 0
2018/12/4
第3章 阻抗型传感器
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2 变磁阻式传感器 2.2 输出特性
Δ δ /δ <<1时，忽略高次项（非线性项）， 电感相对变化量与气隙变化成正比关系
变气隙厚度型（δ ）(上下运动) 变气隙截面积型（A）(前后左右运动)
• 可见只要改变气隙厚度或气隙截面积 就可以改变磁路的气隙磁阻。
2018/12/4
第3章 阻抗型传感器
9
根据结构形式不同，可变磁阻式传感器又分为：
气隙厚度变化型 气隙面积变化型 螺管型三种类型
目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器
0
) 4 ]
对上式进行线性处理，忽略高次项得：
L 2 L0 0
差动形式的灵敏度为
k0
2018/12/4
L / L0 2 Baidu Nhomakorabea 0
第3章 阻抗型传感器 15
2 变磁阻式传感器 2.2 输出特性
☻结论：
差动形式与单线圈比较
L 2 [1 ( ) 2 ( ) 4 ] L0 0 0 0
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第3章 阻抗型传感器
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第3章 阻抗型传感器
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2 自感式传感器（变磁阻式） 2.1 工作原理
结构: 铁芯、线圈、衔铁三部分组成。铁芯和衔铁之 间有气隙，气隙厚度为δ0 ; 传感器运动部分与衔铁相连，衔铁移动时δ发生变化 引起磁路的磁阻Rm变化，使电感线圈的电感值 L 变化； 由于磁路的气隙磁阻远大于铁心磁阻和衔铁磁阻,可近 似为 2 Rm R 0 A
1概述 2自感式传感器
3差动变压器式传感器
4电涡流式传感器
2018/12/4
第3章 阻抗型传感器
1
1 概述
1.1电感式传感器的定义 利用电磁感应原理将被测非电量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，这种装置称为电感式传感器。
被测非电量 自感系数L U、I、f
电磁 感应
互感系数M
测量 电路
2018/12/4
第3章 阻抗型传感器
2
1.2电感式传感器的分类 电感式传感器可分为自感式传感器、互感式传感器 （差动变压式传感器）和电涡流传感器三种类型。
2018/12/4
第3章 阻抗型传感器
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第3章 阻抗型传感器
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第3章 阻抗型传感器