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第3章 电感传感器(1)自感传感器

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第三章电感传感器第一讲自感与互感传感器

第三章电感传感器第一讲自感与互感传感器

教师授课方案（首页）授课班级09D电气1、电气2 授课日期课节 2 课堂类型讲授课题第三章电感式传感器第一节自感传感器第二节互感传感器教学目的与要求【知识目标】1、了解自感式传感器的结构、工作原理。

2、差动变压器的结构、工作原理、测量电路重点掌握差动螺线管式电感变压器、差动相敏检波电路以及一次仪表的相关知识。

【能力目标】培养学生理论分析及理论联系实际的能力。

【职业目标】培养学生对一次仪表变送的接线技能与爱岗敬业的情感目标。

重点难点重点：差动变压器工作特性、相敏检波电路的工作特性、一次仪表的输出。

难点：相敏检波电路的工作特性教具教学辅助活动教具：多媒体课件、变压器、毫安表、交流接触器、导线教学辅助活动：提问、学生讨论一节教学过程安排复习1、测温热传感器的工作特性、热电阻的分类2、测温热传感器测量转换电路及优点3、举例测温热传感器应用4、气敏的工作特性与应用5、湿敏电阻的工作特性与应用5分钟讲课1、了解自感式传感器的结构、工作原理。

2、差动变压器的结构、工作原理、测量电路重点掌握差动螺线管式电感变压器。

3、掌握差动相敏检波电路4、电感传感器的应用70分钟小结1、小结见内页2、利用10分钟时间与学生互动答疑13分钟作业习题册第三章电感传感器习题2分钟任课教师：叶睿2011年1月20日审查教师签字：年月日教案附页【复习提问】上节课知识点：1、测温热传感器的工作特性、热电阻的分类2、测温热传感器测量转换电路及优点3、举例测温热传感器应用4、气敏的工作特性与应用5、湿敏电阻的工作特性与应用 第三章 电感式传感器【新课导入】电感式传感器：利用线圈自感或互感量系数的变化来实现非电量电测的一种装置。

可以测量位移及与位移有关的工件尺寸。

本章要点：1、自感式传感器的结构、工作原理。

2、差动变压器的结构、工作原理、测量电路重点掌握差动螺线管式电 感变压器。

3、掌握差动相敏检波电路第一节 自感式传感器【本节内容设计】通过演示及理论公式说明自感式传感器的结构，对比说明差动传感器的优点，为后续学习做知识储备。

3电感式_自感式传感器解析

3电感式_自感式传感器解析
自感式电感传感器可分为变间隙型、变面积型和螺管型三种类型。
1 2
l 2 x
r
δ
3
2ra
1
变间隙型、变面积型
图4-1 变间隙型电感传感器
1-线圈 2-铁芯 3-衔铁
图4-4 螺管型电感传感器
1-线圈 2-衔铁
螺管型
一、工作原理（变间隙型）
传感器由线圈、铁心和衔铁组成。 铁芯衔铁用高导磁率的金属制成，二者之 间由空隙δ 隔开。工作时衔铁与被测物体 连接，被测物体的位移将引起空气隙的长 度发生变化。由于气隙磁阻的变化，导致 了线圈电感量的变化。线圈的电感可用下
当衔铁上移，上部线圈阻抗增大，Z1=Z+△Z，则下部线圈阻抗减少， Z2=Z-△Z。如果输入交流电压为正半周，设A点电位为正，B点电位为负， 二极管V1、V4导通，V2、V3截止。在A-E-C-B支路中，C点电位由于Z1增大 而比平衡时的C点电位降低；
而在A-F-D-B支中中，D点电位由于Z2的降低而比平衡时D点的电位 增高，所以D点电位高于C点电位，直流电压表正向偏转。
四、转换电路
1、调幅电路
调幅电路一般为交流电桥，是主要的测量电路，它的作用是 将线圈电感的变化转换成电桥电路的电压或电流输出。 前面已提到差动式结构可以提高灵敏度，改善线性，所以交 流电桥也多采用双臂工作形式。通常将传感器作为电桥的两个工 作臂，电桥的平衡臂可以是纯电阻，也可以是变压器的二次侧绕 组或紧耦合电感线圈。
当衔铁上移时：L2 L0
0
有下式：
L2 ( )2 ( )3 ...... L0 0 0 0
忽略高次非线性项Δ L与L0和Δ δ 成线性关系。同时由 于Δ L1与Δ L2不等，故在测量范围较小时，测量精度才高， 故此类适于小位移测量。

第三章 电感式传感器 1教材

第三章 电感式传感器 1教材

非线性误差？ 灵敏度?
动铁芯处于初始位置时
L0
W
20S0
2l0
动铁芯的移动使气隙改变 l 后
L W 20S0
2(l0 l)
L
L
L0
W 20S0
2(l0 l)
W
20S0
2l0
W
20S0
2l0
l0
l0 l
1
L0 1
1
l
/
l0
1
1.2 特性分析
L
L0
1
1
l
/
l0
1
l
/l
1时，泰勒级数展开 1
l l0
1
l l0
l l0
2
l l0
3
......
气隙型传感器的灵敏度为 提高灵敏度方法：
S
L l
L0 l0
1
l l0
l l0
2
l l0
3
......
➢初始空气隙距离尽量小 被测量的范围也变小（适合于测量微小位移），同 时，灵敏度的非线性也将增加。
➢增加初始电感值
Rm
n i1
li
i Si
2l0
0S0
2l0
0S0
li Si i:分别为铁芯中磁通路上第i段的长度、横截面积及磁导率
l0
S0
:分别为空气隙的长度、横截面积及磁导率。
0
L W 2 W 20S0
Rm
2l0
非饱和状态下，铁芯 的磁导率远大于空气
的磁导率
1.1 自感式传感器的工作原理
L W 20S0
1 l
1
l l0
l l0

传感器原理及其应用_第3章_电感式传感器

传感器原理及其应用_第3章_电感式传感器
1
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

第3章-电感传感器(1)自感传感器

第3章-电感传感器(1)自感传感器

L N
II
式中：Ψ——线圈总磁链；
I——通过线圈的电流；
N——线圈的匝数；
φ——穿过线圈的磁通。
由磁路欧姆定律， 得
式中, Rm为磁路总磁阻。
IN Rm
L N2 Rm
9
对于变隙式传感器， 因为气隙很小，所以可以认为气隙中 的磁场是均匀的。 若忽略磁路磁损， 则磁路总磁阻为
Rml11S1l22S2
2 S 2
磁路磁阻主要有气隙磁阻决定。忽略衔铁和铁芯磁阻
Rm
l0
0S0
2 0S0
可得
LN Rm 2 Nl200S0N220S0
11
上式表明，当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的 函数， 改变δ或S0均可导致电感变化； 因此变磁阻式传感器又可分为： 变气隙长度δ的传感器 变气隙面积S0的传感器。
表示这时输出信号的相位与动铁上移时相反（相位相差180度） 如果用相位反映输出电压极性，输出电压
L UO - R2 (L)2 输出电压与动铁上移时极性相反
23
用交流电压表接在输出端测量
U
2 A
UO
D
Z2
Ui
U 映位移量的大小，但不能反映位移方向
为了反映出位移量和位移方向，可以使用相敏整流电路
Z R - jL , Z R j L
对于电感线圈，其电阻R非常小
R L , R L
输出电压
( 3 - 4 )
UO
L R2 (L)2
U O R 2 ( LL)2UU O L LU
22
（3） 动铁下移：
1 L1 Z1(Z-Z) 2 L2 Z2(ZZ)
U O [ ( Z - Z Z ) - ( Z Z Z )- 1 2 ] U - 2 Z Z U ( 3 - 4 )

传感器与检测技术第三章电感式传感器

传感器与检测技术第三章电感式传感器
架。二节式差动变压器的铁芯长度为全长的60%-80%。铁 芯采用导磁率高，铁损小，涡流损耗小的材料 (4)在不使线圈过热的条件下尽量提高激励电压。
感•传式感传器感与器检测技术
第二节 互感式传感器
三、转换电路 1．反串电路
•2．桥路
感•传式感传器感与器检测技术
第二节 互感式传感器
3．差动整流电路
感•传式感传器感与器检测技术
感•传式感传器感与器检测技术
一、高频反射式涡流传感器
•线圈上通交变高频电流 •线圈产生高频交变磁场
•产生高频交变涡流 •涡流产生反磁场 •阻碍线圈电流交换作用 •等效于L或阻抗的改变
感•传式感传器感与器检测技术
二、低频透射式涡流传感器
• U L1 • 同频交变电流 • 产生一交变磁场 • 磁力线切割M • 产生涡流I • 到达L2的磁力线
传感器与检测技术第三章电 感式传感器
感•传式感传器感与器检测技术
原理
电感式传感器最基本原理是电磁感应原理。
•位 移 •被测物理量 •振 动 •压 力 •流 量 •比
•传感 •的变 器 化
•自感系数 L
•电路 •电
•互感系数
•的变 化
压
M
•电
流
感•传式感传器感与器检测技术
电感传感器优点
▪ 灵敏度高，分辨力高，位移：0.1m ； ▪ 精度高，线性特性好，非线性误差：0.05%0.1 % ； ▪ 性能稳定，重复性好 ； ▪ 结构简单可靠、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力
感•传式感传器感与器检测技术
第一节 自感式传感器
四、影响传感器精度的因素分析 1.电源电压和频率的波动影响 ▪ 电源电压的波动一般允许为5%～10%。 ▪ 严格对称的交流电桥是能够补偿频率波动影响的 2. 温度变化的影响 ▪ 为了补偿温度变化的影响，在结构设计时要合理选择零件

第3章 电感式传感器及其信号调理




当铁芯位于中间位置时，M M M ，E =0 铁芯向上位移时，M M M M M M ，
1 2

s
1
2
Es


2 jM E p Rp jLp
1

铁芯向下位移时，M
Es

M M

M 2 M M，
2 jM E p Rp jLp
3.1 自感式传感器 3.1.1 单线圈自感传感器
自感式传感器亦称变隙式自感传感器或变磁 阻式自感传感器，根据铁芯线圈磁路气隙的改变， 引起磁路磁阻的改变，从而改变线圈自感的大小。 气隙参数的改变可通过改变气隙长度和改变 气隙截面积两种方式实现。传感器线圈分单线圈 和双线圈两种。
图3-1单线圈变气隙式长度自感传感器
s
Us

j (M 2 M1 ) E p j (M 2 M1 ) E p RL RL RL ( Rs1 Rs 2 ) j ( L1 L2 ) Rp jLp RL Rs jLs Rp jLp



根据（3-19）画出差动变压器频率特性如图313。

3) 采用补偿电路，为常采用的零点残余电压补偿 电路原理图。消除零点残余电压的补偿电路有四 种： ①附加串联电阻以消除基波同相成分； ②附加并联电阻以消除基波正交成分； ③附加并联电容。改变相移，补偿高次谐波分量； ④附加反馈绕组和反馈电容，以补偿基波及高次谐 波分量。串联电阻的阻值很小，为0.5－5Ω ，并 联电阻的阻值为数十到数百千欧；并联电容的数 值在数百PF范围。实际数值通常由实验来确定。
U i L U0 4 L0
采用差动结构能带来的好处： 理论上消除了零位输出，衔铁所受电磁力平衡； 灵敏度提高一倍； 线性度得到改善(高次项能部分相互抵消)； 差动形式可减弱或消除温度、电源变化及外界干 扰等共模干扰的影响。因为这些干扰是以相同的 方向、相同的幅度作用在两个线圈上的，所引起 的自感变化的大小和符号相同，而信号调理电路 实质上是将两个线圈自感的差值转换为电信号。

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

3.1.2.3传感器

第三章电感式传感器及应用§3-1 自感式1．说明单线圈和差动变隙式传感器的主要组成、工作原理和基本特性。

2．为什么螺线管式电感传感器比变隙式电感传该器有更大的测位移范围？3．根据单线圈和差动螺线管式电感传该器的基本特性，说明它们的性能指标有何异同。

4．电感式传该器测量电路的主要任务是什么？变压式电桥和带相敏整流的交流电桥，谁能更好的完成这一任务？为什么？5．说明电动测微仪和电感式压力传该器的基本组成和工作原理。

作业题1. 利用原理，将非电量的变化转换成线圈（或）变化的装置，叫电感式传该器。

该传该器可分为和两大类。

（电磁感应；电感；互感；自感式；互感式）2. 自感式有式和式。

以上每种形式又可再分为式与式两种结构。

（闭路变隙；开路螺线管；单线圈；差动）3. 闭磁路变隙式电感传该器主要有、和等部分组成。

而单线圈螺线管式电感传该器则由、和等部分组成。

（铁磁性壳体；线圈；活动铁心）4. 由单线圈变隙式电感传该器的基本特性可知，其与、相矛盾。

为解决这一矛盾，通常采用或电感传该器。

（测量范围；灵敏度；线性度；差动变隙式；螺线管式）5．写下面的比较表：比较项目闭磁路变隙式电感传该器开磁路螺线管式电感传该器灵敏度高低测量范围较小较大测量误差3%左右±5%左右制造装配困难方便，批量生产互换性强应用逐渐减小越来越多6. 在工程技术中，电感式传该器经常用来测量、、、、、、、及等非电量。

（位移；尺寸；振动；力；压力；转矩；应力；流量；比重）7. 电动测微仪是用于测量变化的仪器，其主要优点为、、以及等等。

（微小位移；重复性好；精度高；灵敏度高；输出信号便于处理）8. 电动测微仪的测量电路有电桥、电桥和电桥等，而应用最多的为的交流电桥。

（紧耦合电感；变压器式交流；带相敏整流；带相敏整流）9．当电动测微仪采用变压器式交流电桥时，不论衔铁向哪个方向移动，电桥输出电压总是。

因此，不论采用，还是都无法判别该输出电压的，即无法判别衔铁。

第3章 电感式传感器

参数，如压力、力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位 等都可以用电感式传感器来进行测量。
应用示例
图3.11为测气体压力的传感器原理图。
附图1
图3.12为压差传感器的原理结构示意图。
3 4
附图1为位移传感器的外形图。
2 6 7 p
5
附图2为压力传感器的原理图。
1
附图2
1-弹簧管 2-螺钉 3、7-铁芯 4、6-线圈 5-衔铁
第3 章 电感式传感器
电感式传感器是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。因此根据转换原理，电感式传感器可以分为 自感式和互感式两大类。
电感式传感器
自感型
闭磁路型 开磁路型 差动变压器
互感型
涡流式
本章内容：
3.1 自感式传感 器互感式传感器 3.2
IW Rm
I----线圈中流过的电流；
φ----穿过线圈的磁通，其值为：

(3.2)
其中磁路磁阻Rm按下式计算：
li 2l0 Rm 0 S0 i 1 i S i
n
(3.3)
式中：
l i、S i 、 µ i ----分别为铁芯和衔铁磁路上第 i 段的长度、截面积
及磁导率；
l 0、S 0 、 µ 0 ----分别为磁路上空气隙的长度、等效截面积及空气
2 4 3
骨架；4是匝数为W1 的初级绕组；5是
匝数为W2a的次级绕组；6是匝数为W2b 的次级绕组。
6
图 3.13 螺线管式互感传感器结构图
工作原理：
互感传感器中两个次级线圈反向串接，其等效电路如图所示。 当初级绕组加以激励电压时，在 两个次级绕组中便会产生感应电动势 E2a和E2b。当活动衔铁处于中心位置 时，两互感系数M1=M2。因两个次级
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L
l1 支撑 激励线圈 l2 铁芯
变气隙长度
δ
衔铁 ±
衔铁移动，气隙 距离变化
铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔 铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连。 当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化， 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 7 的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。
初始位置 I1=I2 UO=0 UO>0 UO<0 动铁上移， （I1-I2）>0 动铁上移, （I1-I2）<0
输出电压
UO U B - UC R( I1 -I 2)
25
（1）初始位置
动铁铁芯处于平衡位置，L1=L2
D1 I1 Z1 A UI Z2 I2 D4 D3 D2 D R I2 C I1 R UO B +
U O I Z L 2I Z L UO I Z L -2I Z L
动铁下移时的情况与此相似，只是电流变化方向相反
输出信号不仅可以反映位移量δ，还可以反映位移方向
18
2. 特性
两个自感线圈L1、L2的输出均与前面的单个线圈输出特性f(δ)相似，只是 有一个方向变反。 这两条曲线相减合成曲线的线性空间变大了。
① 动铁下移
U O
输出信号可以反映位移大小和方向
36
（2） 测量灵敏度
紧耦合测量桥测量灵敏度
L0 4 UO L KB L L0 U 1 2 L L
测量桥的灵敏度提高，电桥工作稳定性好，灵敏度与频率无关， 高频特性好
37
第二节 差动变压器
差动变压器是互感型传感器，通过将被测量的位移量转换为传 感器线圈间互感的变化来实现非电量的电测量。 它是一个具有差动输出的开磁路变压器，故简称为差动变压器。 差动变压器两种类型：
（3）铁芯下移，I1<I2
① 正半波
I1 Z1 A UI Z2 I2 D4 D3 R D2 R D1 I1 + UO1 D UO2 + I2 B +
UO
C
由于I1<I2, 正半波时的输出电压UO？
29
② 负半波，
B I1 Z1 A UI Z2 I2 D4 I1 I2 D3 I1 D2 I2
I1经过D3、下部电阻R， 在下部电阻产生压降 I1*R，C端-D端+。
铁芯
激励线圈
变气隙 截面积
衔铁 l2
变气隙 截面积
L
l1
S
支撑
8
S
根据对电感的定义，线圈中电感量可由下式确定：
N L I I
式中：Ψ——线圈总磁链； I——通过线圈的电流；

N——线圈的匝数；
φ——穿过线圈的磁通。 由磁路欧姆定律， 得
N2 L Rm
式中, Rm为磁路总磁阻。
IN Rm
o
0

14
（1）气隙长度变化型
L N 0 S 2
2
L
l1 支撑 激励线圈 l2 铁芯
S为常数，灵敏度
N 2 0 dL K S 2 d 2
δ
衔铁 ±
具有较高的灵敏度，且灵 敏度随气息变化而变化， 线性度差
L
L=f(δ)
O

15
（2）变气隙截面积型
N 2 0 L S 2
激励线圈
L
l2
衔铁 ±
l1
S
δ
支撑
S
13
衔铁
l2
2. 工作特性
N 2 0 N 2 N 2 0 L S S Rm l 2
电感L与气隙δ具有非线性特性，与气隙截面积S0具有线性关系 （在一定区域内）
L
L=f(δ) L=f(S)
L0+ΔL L0 L 0 - ΔL
0-
0
B I1 Z1 A UI Z2 I2 D4 I1 I2 D3 I1 D2 I2
I1经过D3、下部电阻R， 在下部电阻产生压降 I1*R，C端-D端+。
I2经过D2在上部电阻R 上的压降I2*R，D端+B 端 -。
R UO2
+
+
D R UO1
UO
+ -
C
由于I1>I2, 负半波的输出电压UO的极性？
28
9
对于变隙式传感器， 因为气隙很小，所以可以认为气隙中 的磁场是均匀的。 若忽略磁路磁损， 则磁路总磁阻为
l0 l1 l2 Rm 1S1 2 S2 0 S0
l0 2
式中： l1、l2、 l0——分别为铁芯、衔铁、气隙长度；
S1、S2、 S0 ——分别为铁芯、衔铁、气隙的截面积；
Z S j ( L0 - M ) j 2L0 Z P jM - jL0
C ZS
34
紧耦合桥的等效电路
B
对于该等效电路
U Z1 A ZS D ZP E UO C ZS
Z AC 2Z S j 4L0 Z AE Z CE Z S Z P jL0
动铁上移：Z1 Z Z， Z2 Z - Z
无论是UI正半波还是负半波，由于I1=I2
电流I1和I2在上下两个电阻上的压降大小相等，方向相反
UO=0
26
（2）铁芯上移，I1>I2
① 正半波
I1 Z1 A UI Z2 I2 D4 D3 R D2 R D1 I1 + UO1 D UO2 + I2 B +
UO
C
正半波时的输出电压UO？
27
② 负半波，
I2经过D2在上部电阻R 上的压降I2*R，D端+B 端 -。
R UO2
+
+
D R UO1
UO
+ -
C
由于I1<I2, 负半波的输出电压UO的极性？
30
相敏整流后的输出信号
UO
δ
UO的大小反映移动距离，其极性反映移动方向。 由于二极管存在最小导通电压，故在小信号时有一点非线性 使用低导通电压的二极管可以减小由二极管造成的非线性
[ U O Z - Z 1 Z - ] U U ( Z - Z ) ( Z Z ) 2 2Z (3 - 4)
表示这时输出信号的相位与动铁上移时相反（相位相差180度） 如果用相位反映输出电压极性，输出电压
UO -
L
R 2 (L) 2
输出电压与动铁上移时极性相反
第三章 电感传感器
(1)
1
利用线圈自感和互感的变化实现非电量的测量。
电感式传感器最基本原理是电磁感应原理。
位移 振动 被测物理量 压力 的变化 流量 比重
2
传感器
自感系数 L 互感系数 M
电路 的变化
电压 电流
电感传感器优点：
灵敏度高，分辨力高，位移：0.1m ； 精度高，线性特性好，非线性误差：0.05%0.1 % ； 性能稳定，重复性好 ； 结构简单可靠、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力 强、对工作环境要求不高、寿命长 能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制等。
μ1 、 μ2 、 μ0——分别为铁芯、衔铁、气隙的导磁率；
10
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即
l0 l1 0 S0 1S1 l0 l2 0 S0 2 S2
磁路磁阻主要有气隙磁阻决定。忽略衔铁和铁芯磁阻
l0 2 Rm 0 S 0 0 S 0
=f( δ) L2
L
L=f(δ) δ
δ =f( L1 )
δ0
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对于差动自感传感器
动铁上移：U O I Z L 2I Z L 动铁下移：U O I Z L -2I Z L
（1） 输出电压不但可以反映位移量的大小，也可以反映位移的 方向 （2）灵敏度提高 （3）非线性减小 （4）温度自补偿 注意对于自感传感器，激励信号一般使用正弦交流信号
可得
N 2 0 N 2 N 2 0 L S0 S0 Rm l0 2
11
上式表明，当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的 函数， 改变δ或S0均可导致电感变化； 因此变磁阻式传感器又可分为：
变气隙长度δ的传感器
变气隙面积S0的传感器。
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L
l1 支撑 激励线圈 铁芯
铁芯
B Z1 Z2
N1=N2 静态：Z1=Z2=Z，
C N L0
A N L0
UO M
两紧耦合线圈的自感：L0 两紧耦合线圈的互感 M=KL0 由于两线圈紧耦合，且线圈中 的电流方向相反，因此 K=-1 即 M=-L0
E
紧耦合桥桥的输出
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（1）输出电压
紧耦合线圈可以用T性等效电路来等效表示
A
ZS ZP E 其中
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三、测量电路
1. 基本测量电路
U 2 Ui U 2
U A
B UO Z1 A Z2
Z1 U Z1 Z 2
1 UB U 2
U -U ( U O A B
Z1 1 - )U Z1 Z 2 2
（1） 初态： Z1=Z2,
0 U O
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（2） 动铁上移：
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教材上介绍，经过相敏整流后，可以用0位在中间的直流电压表 来读数。 早期确实如此 也可以使用数字电压表读数。
这样读出的数据电压值，而不是位移值。
我们最希望的是直接读出位移量及其移动方向，
现在是容易做到的
如何实现？
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3. 紧耦合测量电桥
传感器的两个电感Z1、Z2和两个紧耦合电感一起构成测量电桥。
1 L1 Z1 ( Z Z ) 2 L2 Z 2 ( Z - Z )