采用差动变压器式电感传感器

传感器基础知识单选题100道及答案解析1. 传感器能感知的输入量的最小变化量称为（）A. 分辨率B. 灵敏度C. 精度D. 线性度答案：A解析：分辨率是指传感器能感知的输入量的最小变化量。

2. 下列不属于传感器静态特性指标的是（）A. 重复性B. 固有频率C. 线性度D. 迟滞答案：B解析：固有频率属于传感器的动态特性指标。

3. 传感器的输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度称为（）A. 线性度B. 灵敏度C. 重复性D. 分辨率答案：A解析：线性度描述的是实际关系曲线偏离拟合直线的程度。

4. 传感器在正、反行程中输出输入曲线不重合的现象称为（）A. 线性度B. 重复性C. 迟滞D. 灵敏度误差答案：C解析：迟滞指传感器在正、反行程中输出输入曲线不重合。

5. 衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线间不一致的程度的指标是（）A. 线性度B. 迟滞C. 重复性D. 灵敏度答案：C解析：重复性是衡量同一工作条件下，特性曲线不一致的程度。

6. 以下哪种传感器属于物性型传感器（）A. 电容式传感器B. 电感式传感器C. 压电式传感器D. 电阻应变式传感器答案：C解析：压电式传感器是利用某些物质的压电效应制成，属于物性型传感器。

7. 属于结构型传感器的是（）A. 光电式传感器B. 霍尔式传感器C. 压电式传感器D. 热敏电阻答案：B解析：霍尔式传感器是基于霍尔效应，属于结构型传感器。

8. 传感器的线性范围越宽，则其量程（）A. 越小B. 越大C. 不变D. 不确定答案：B解析：线性范围宽，意味着能测量的输入量的范围大，即量程越大。

9. 下列对传感器的动态特性描述正确的是（）A. 输入量随时间变化缓慢时的特性B. 输入量为常量时的特性C. 输入量随时间快速变化时的特性D. 以上都不对答案：C解析：动态特性是指输入量随时间快速变化时传感器的特性。

10. 传感器的频率响应特性是指（）A. 传感器对不同频率正弦输入信号的响应特性B. 传感器在单位时间内的响应特性C. 传感器在不同温度下的响应特性D. 传感器在不同压力下的响应特性答案：A解析：频率响应特性指传感器对不同频率正弦输入信号的响应特性。

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。

基于电感传感器的滚珠分选机设计陈月晨;苑会娟;詹烨【摘要】本设计是针对在轴承制造过程中的需求，提出一种采用差动变压器式电感位移传感器（lVDT）来实现对滚珠直径进行测量和分选的方法。

通过对lVDT 输出的模拟信号的aD转换，获得滚珠的直径，经过系统中单片机的分析判断，启动分选装置，分选出符合条件的滚珠。

本设计在分选机结构方面采用步进电机和链轮的配合，该方案可以较好的实现滚珠自动分选。

【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P142-145)【关键词】滚珠;分选;位移传感器;差动变压器【作者】陈月晨;苑会娟;詹烨【作者单位】哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院，哈尔滨150080;哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院，哈尔滨150080;哈尔滨理工大学机械动力工程学院，哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TP230 引言由于加工精度的限制，以同一种方式生产出来的滚珠会有一定的直径误差，有些厂家为了保证生产出来的轴承的稳定性，因此采用很高精度的生产机器，由此产生了很高的制作成本。

若采用精度不高的生产机器，生产出厂的滚珠轴承的稳定性又无法达到预期。

如果可以在生产滚珠的最后一步能够将滚珠进行分选，选出在一个公差带内的滚珠，并且在轴承套圈的生产过程中考虑这个公差，这样就可以在不需要置换低精度设备的情况下生产高精度轴承。

可见对于滚珠轴承的自动分选的研究有非常重大的意义。

由于位移传感器非常普及，因此外文文献主要都是对于分选流水线的设计[1]和采用电容传感器[2]对于滚珠的表面进行精确测量。

其中基于电容传感器对滚珠表面的几何结构进行精确测量十分先进，并且该装置主要应用于超高精度的滚珠的筛选。

现在国内的直径测量主要分成两类，第一类是使用CCD等光学感应器件对于被测量进行分选，第二类是使用传统的位移传感器对于被测量进行筛选。

由于光学感应器件有速度快，误差小，功能多等优势[3]，光学感应器件大多都用于精度要求不高的场合，如水果分选[4,5]等。

传感器实验报告实验一金属箔式应变片单臂电桥实验数据处理线性拟合V=5.767*x-0.422 灵敏度为5.767思考题：（1） 本实验电路对直流稳压电源有何要求，对放大器有何要求。

直流稳压源输出应稳定，且不超过负载的额定值。

放大器应对差模信号有较好放大作用，无零漂或零漂小可忽略。

（2）将应变片换成横向补偿片后，又会产生怎样的数据，并根据其结构说明原因。

灵敏度将大幅度降低，线性性也将变差，电压随位移的变化将变得十分小。

因为横向补偿片原本是横向粘贴在悬梁臂上的，用于补偿应变片测量的横向效应。

在悬梁臂形变的时候，横向补偿片仅仅横向部分发生形变，而应变片敏感栅往往很粗而且有效长度短，因此阻值变化小。

实验二金属箔式应变片双臂电桥（半桥）实验数据处理V=11.95*x+0.778灵敏度为11.95思考题：（1）根据应变片受力情况变化，对实验结果作出解释。

在梁上下表面受力方向相反的应变片相当于将形变放大两倍，，因此，ΔV/ΔX大约是实验一中的两倍。

（2）将受力方向相反的两片应变片换成同方向应变片后，情况又会怎样。

同方向的两片应变片相互抵消，输出为零。

（3）比较单臂，半桥两种接法的灵敏度。

在相同形变量下，半桥的灵敏度约是单臂的两倍。

实验三金属箔式应变片四臂电桥(全桥)的静态位移性能V=24.15*x+1.4灵敏度问24.15思考题：（1）如果不考虑应变片的受力方向，结果又会怎样。

对臂应变片的受力方向应接成相同，邻臂应变片的受力方向相反，否则相互抵消没有输出（2）比较单臂，半桥，全桥各种接法的灵敏度。

在相同形变量下，半桥灵敏度约是单臂的两倍，全桥灵敏度越是半桥的两倍，即约为全桥的四倍。

实验四金属箔式应变片四臂电桥（全桥）振动时的幅频性能实验数据处理思考题：（1）在实验过程中，观察示波器读出频率与频率表示值是否一致，据此，根据应变片的幅频特性可作何应用。

不一致。

可以根据这个原理反向测出梁的震动频率，利用应变片读出峰值，在找到对应的频率值即可。

根据差动变压器式传感器原理，当差动变压器两个次级线圈差接，并且铁芯处于中间位置时，输出信号电压应该为零。

但是，在实际上，这种情况是绝对达不到的，总留有个小小的电压值，即所谓零点残余电压。

它过大时，则会使放大器末级趋于饱和，影响电路正常工作。

同样的示值范围，因残余电压过大，也要求相敏整流器参考电压增高，若参考电压不够，示值误差大。

要使实际特性曲线尽量接近理想特性曲线，必须研究零电压产生的原因和克服的办法。

零电压如果用示波器显示，可以看到它包含基波成份和高次谐波成份。

高次谐波成份是由于磁性材料先天性不足所引起的，由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使激磁电流与它的磁通的波形不一致，即出现了非正弦波分量。

差动变压器式传感器用磁性材料，矫顽力Hc的值要选得小为好。

因为导磁率μ＝dB/dH，磁导率μ值愈大愈好。

剩磁Br愈小愈好，剩磁Br愈大愈容易饱和。

从磁性材料满足工程设计上得需要来看，应尽可能避免导致传感器中产生高次谐波。

在高频情况下，大于10千赫兹激磁频率得传感器，起决定因素的是电阻值，应选用高电阻率材料，此时对磁导率和剩磁的考虑也就处于次要地位了。

但是，对于消除基波零电压来说，应尽可能的增大线圈的品质因素ωL/r，使线圈的电阻r的影响减小，从而保证零电压在电桥输出中所占的比重减小，这就要求磁性材料有较大的磁导率μ来增加电感L。

此时材料的磁导率μ就成为主要指标了。

对环形磁航向传感器，所采用的软磁合金应有以下要求：（1）合金的导磁均匀性要好；（2）由于传感器在400赫兹激磁场及地磁场同时作用下工作的，因此，要求合金应具有较好的动态磁性能和较好的交直流叠加磁性能。

一般根据使用要求振幅磁导率μ0.2=10000左右为宜；（3）合金的剩余磁感应Br要低，最好低于2000高斯；（4）要求磁性钢带的尺寸均匀，厚度公差小于0.01～0.015毫米，以保证传感器的工作讯号大于280毫伏，零位讯号小于30毫伏。

为满足环形航向传感器的设计要求，合金的成份选择极其重要，应使合金的饱和磁致伸缩λs趋近于零，可以通过适当的热处理使各项异性常数K也趋于零，这样就可以得到导磁均匀性好、磁导率高的合金。

一、实验目的1、了解差动变压器的基本结构。

2、掌握差动变压器及整流电路的工作原理。

3、掌握差动变压器的调试方法。

二、实验原理1、差动变压器由一个初级线圈和两个次级线圈及一个铁芯组成，当铁芯移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化使次级线圈的感应电势产生变化，一个次级线圈的感应电势增加，另一个则减少，将两个次级线圈反向串接，就可以引出差值输出，其输出电势反映出铁芯的位移量。

2、差动变压器实验电路图如图1-1所示。

图1-1传感器的两个次级线圈(N2、N3)电压分别经 UR1、UR2两组桥式整流电路变换为直流电压，然后相减，经过差动放大器放大后，由电压表显示出来R1、R2为两桥臂电阻，RP1为调零电位器，R3、R4、C1组成滤波电路，R5为负载电阻，采用这种差动整流电路可以减少零点残余电压。

三、实验过程与数据处理1.固定好位移台架，将电感式传感器置于位移台架上。

调节测微器使其指示12mm左右，将测微器装入台架上部的开口处，再将测微器的测杆与电感式传感器的可动铁芯旋紧。

然后调节两个滚花螺母，使铁芯离开底面 10mm，注意要使铁芯能在传感器中轻松滑动，再将两个滚花螺母旋紧。

2.差动放大器调零，用导线将差动放大器的正负输入端连接，再将其输出端接到数字电压表的输入端；按下面板上电压量程转换开关的20V档按键（实验台为将电压量程拨到20V 档）；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器RP2旋钮使电压表指示向零趋近，然后换到2V量程，旋动调零电位器RP2旋钮使电压表指示为零；此后调零电位器 RP2旋钮不再调节，根据实验适当调节增益电位器RP1。

3.按图1-1将信号源的两输出端 A，B接到传感器的初级线圈N1上，传感器次级线圈 N2、N3分别接到转换电路板的 C、D 与 H、I上，并将F与L用导线连接，将差动放大器与数字电压表连接好。

这样构成差动变压器实验电路。

4、接通电源，调节信号源输出幅度电位器RP2到较大位置，平衡电位器RP1处于中间位置，调节测微器使输出电压接近零，然后上移或下移测微器 1mm，调节差动放大器增益使输出电压的值为300mV左右，再回调测微器使输出电压为 0mV。

作业4 位移传感器与位移测试班级：姓名：学号：成绩：一、填空题1、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于，前者利用金属丝的几何变形(应变效应)引起的电阻变化，后者利用半导体材料的电阻率变化(压阻效应)引起的电阻变化。

2、差动变压器式电感传感器的基本原理是利用了电磁感应中的互感现象。

3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响，实际应用时常常采用差动工作方式。

4、金属导体置于交流磁场中，导体表层产生闭合的电流，利用该原理制作的传感器称为电涡流传感器。

这种传感器只能测量金属导体物体。

5、光栅式传感器是依靠莫尔条纹的三大特性: 位移的放大特性，栅距误差的平均效应和__莫尔条纹运动与光栅运动的一一对应关系（光栅栅距与莫尔条纹间距的对应关系）__来进行位移的精密测量的。

6、差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上输出电压不为零，这个不为零的电压称为零点残余电压；利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向可采用差动整流电路或相敏检波电路。

7、电容式和电感式传感器常采用差动式结构，其作用是提高灵敏度，减少非线性度。

二、选择题1. 能够感受湿度的电容式传感器属于变 D 的电容式传感器。

A电阻率 B 相对面积 C 极距 D 介质2. 可变磁阻式传感器的灵敏度S与气隙长度δ有关，δ B灵敏度越高。

A 越大B 越小C 速度越快D 速度越慢3.为了提高自感式传感器灵敏度和线性度，实际应用时常采用D 工作方式。

A同步 B异步 C共模输入 D差动4. 不能用涡流式传感器进行测量的是 D 。

A位移 B材质鉴别 C探伤 D非金属材料5.电阻应变片的输入为 B 。

（A）力（B）应变（C）速度（D）加速度6．为减少变极距型电容传感器灵敏度的非线性误差,应选用 C 类型的传感器为最好。

（A）大间距（B）高介电常数（C）差动式（D）小间距7.金属丝应变片在测量构件应变时，电阻的相对变化主要由 B 来决定的。