电涡流式传感器和差动变压器传感器的区别

电感式传感器的定义
电感式传感器——利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等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的输出。

电感式传感器的分类
（1）变磁阻式传感器——自感式
（2）差动变压器式传感器——互感式
（3）电涡流式传感器——电涡流式
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1：何为传感器的静态特性？主要技术指标是什么？答：传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性；其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。

2：何为传感器的动态特性？主要技术指标是什么？答：（1）动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性；描述动态特性的指标：对一阶传感器：时间常数；对二阶传感器：固有频率、阻尼比。

3：什么是金属材料的应变效应？什么是半导体材料的压阻效应？答：①金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。

（②半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。

4：比较金属丝应变片和半导体应变片的相同和不同点。

答：相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。

5：什么事金属应变片的灵敏度系数？答：金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数；（它与金属丝应变灵敏度函数不同，应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属丝的灵敏度）6：采用应变片进行测量时为什么要进行温度补偿？常用温补方法有哪些？答：①因为金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变；（②基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变；常用的温度补偿法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法。

7：固态压阻器件的结构特点是什么？受温度影响会产生那些温度漂移？如何进行补偿？答：（1）固态压阻器件的特点是：属于物性型传感器，是利用硅的压阻效应和微电子技术制成的压阻式传感器，具有灵敏度高、动态响应好、精度高易于集成化、微型化等特点。

电感式传感器及其应用3.1自感式传感器3.2差动变压器式电感式传感器 3.3电涡流式电感传感器3.4电感式传感器的应用电感传感器（Inductance sensor）利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感量或互感量的变化，进而由测量电路转换为电压或电流的变化量。

电感式传感器种类很多，主要有自感式、互感式和电涡流式三种。

可用来测量位移、压力、流量、振动等非电量信号主要特点有：◆结构简单、工作可靠；◆灵敏度高，能分辨0.01μm的位移变化；◆测量精度高、零点稳定、输出功率较大；◆可实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，在工业自动控制系统中被广泛采用；主要缺点有：◆灵敏度、线性度和测量范围相互制约；◆传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量。

3.1自感式传感器3.1.1传感器线圈的电气参数分析3.1.2自感式传感器3.1.3自感式传感器的误差3.1.1一.传感器线圈的电气参数分析如图，其为一种简单的自感式传感器，当衔铁随被测量变化而上、下移动时，其与铁心间的气隙发生变化，磁路磁阻随之变化，从而引起线圈电感量的变化，然后通过测量电路转换成与位移成比例的电量，实现了非量到电量的变换。

可见，这种传感器实质上是一个具有可变气隙的铁心线圈。

1 l0 2类似于上述自感式传感器，变磁阻式传感通常都具有铁心线圈或空心线圈(后者可视作前者特例)。

电路参数及其影响：1.线圈电感L由磁路基本知识可知，匝数为W的线圈电感为式中——磁路总磁阻(31)-m R mR W L /2=当线圈具有闭合磁路时－导磁体总磁阻当线圈磁路具有小气隙时式中——气隙总磁阻(32)-(33)-δR δR W L /2=F R F R W L /2=等效磁导率:即将线圈等效成一封闭铁心线圈，其磁路等效磁导率为μe ，磁通截面积为S，磁路长度为l式中——真空磁导率，＝4π×10-7(H/ｍ)2.铜损电阻 取决于导线材料及线圈的几何尺寸3.涡流损耗电阻由频率为ｆ的交变电流激励产生的交变磁场，会在线圈铁心中造成涡流及磁滞损耗。

第一章习题1.医用传感器的定义、组成及在医用测量系统中的作用？2.传感器定义中“有用信号”的含义是什么？为什么通常传感器输出信号形式为电信号？3.何谓物理型、化学型、生物型传感器？4.何谓直接型、间接型、物性型和结构型传感器？5.试分析比较医用传感器主要分类方法有何优缺点。

6.人体信息的特殊性及检测的特点？对医用传感器有哪些特殊要求？7.就医用传感器的发展任选角度写一篇综述（要求附参考资料，不少于1500字.）。

第二章习题1.何谓传感器的静态特性？写出静态特性的一般数学模型及三种典型形式，并说明物理意义。

2.衡量静态特性的指标主要有哪些？分别说明其定义和物理意义。

3.线性度对应的几种拟和方法的特点及使用时应注意的问题。

4.何谓传感器的动态特性？写出动态特性的数学模型并说明各个量的物理意义。

5.阶跃响应分析中的时域性能指标有哪些？各自的定义及意义。

6.何谓传感器的频率特性？如何描述？7.分别写出零阶、一阶、二阶传感器对应的特征参数的物理意义及响应特性并说明各自的特点。

8. 画出二阶传感器对单位阶跃信号，在阻尼比ξ＜１，ξ＝１，ξ＞１时，其输出Y(t)的时间响应特性曲线并说明其特点。

9.设X、Y分别为传感器的输入值、输出值，下表列出的为测试结果，计算其端点线性度、平均选点线性度、最小二乘法线性度，并进行比较，根据比较结果得出什么结论？假设另有一组测量值将如何计算？10. 分别在下面两幅图中标出以下各量：(1)上升时间； (2)稳定时间； (3)峰值时间； (4)最大超调量Y(t)1 111. 若有微分方程式为： 其中x 是输入信号，y 是输出信号，a 到h 均为常数。

求其时间常数。

12.将某温度计放入100℃的恒温水中，测得如下数据（忽略记录仪惯性）：根据所列数据，判断此系统是否为一阶系统，如果是，请用最小二乘法求出时间常数τ(提示：对假定的一阶模型t y A Beτ-=-，作ln()Y A y =-与时间t 的曲线，判断是否为一阶系统)。

《单元1 差动变压器式传感器》教案课题单元1 差动变压器式传感器教学目的1、了解差动变压器的结构及工作原理2、掌握差动整流电路的工作原理，了解差动变压器的应用教学重点差动整流电路教学难点差动整流电路教学资源多媒体教学课件，差动变压器实物教学手段多媒体课堂教学，实物演示教学教学过程及教学内容教学方法引入模块三电感式及电容式传感器电感式或电容式传感器就是把被测量的变化转换为电感或电容的变化，然后通过对电感或电容的测量达到对非电量检测的目的。

单元1 差动变压器式传感器差动变压器式传感器是根据互感的变化来感知被检测量的。

【实物演示】差动变压器实物提纲挈领法演示展演法概念分析一、电感式传感器简述电感式传感器可分为自感式、互感式、电涡流式三大类。

自感式传感器是把被测位移量转换为线圈的自感变化；互感式传感器是把被测位移量转换为线圈间的互感变化，传感器本身是一个变压器；电涡流式传感器是把被测位移量转换为线圈的阻抗变化。

【图示】交流差动变压器式角位移传感器；GA系列差动变压器位移传感器；TD-1油动机行程阀位位移传感器二、差动变压器式传感器的工作原理1．结构可分间隙式和螺管式两种2．工作原理等效电路如图所示。

基本思想：把铁芯位移量转换成初级线圈及次级线圈互感系数的变化，图中M1、M2与位移x有关，当位移x很小时U o=k1|x | （无法判别位移方向）【动画】差动变压器原理动画【图示】差动变压器输出特性概念推演法图示讲演法概念讲演法动画演示法图示讲演法《单元2电涡流式传感器》教案《单元3电容式传感器》教案课题单元3 电容式传感器教学目的1、了解电容式传感器的工作原理及结构特点2、掌握变压器电桥的原理和脉冲宽度调制电路的特点3、了解电容传感器的调频电路，熟悉电容传感器的应用教学重点变压器电桥、差动脉冲调宽电路；电容式传感器的应用教学难点变压器电桥教学资源多媒体教学课件，电容式传感器实物教学手段多媒体课堂教学，实物演示教学教学过程及教学内容教学方法引入单元3 电容式传感器电容式传感器通过电容传感元件将被测物理量的变化转换为电容量的变化，再经测量转换电路转换为电压、电流或频率。

绪论0-1．什么是测试？0-2．叙述工程测试技术在信息技术中的地位和作用。

0-3．工程测试技术的发展可以分为哪几个阶段？0-4．工程测试技术的任务是什么？0-5．测试系统有那些环节，各个环节的功能是什么？0-6．学习工程测试技术的目的是什么？第一章测试系统的基本特性1-1．什么是线性系统？线性系统的基本特性有哪些？1-2．什么是静态特性？叙述评价测量装置静态特性的指标及其含义。

1-3．什么是动态特性？如何描述测量装置的动态特性？1-4．名次解释：传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数。

1-5．如何计算串联和并联环节的传递函数？1-6．一阶和二阶系统有哪些基本特性？1-7．如何计算测试装置对输入信号的响应？1-8．测试失真的原因是什么？如何设计不失真测试系统？1-9．怎样测试测量装置的动态特性？1-10．名次解释：真值、误差、绝对误差、相对误差、引用误差、精度。

1-11．根据误差的特点和性质，叙述误差的种类、特点、产生原因和消除方法。

1-12．处理测量结果的步骤有哪些？1-13．将一台灵敏度为40pC/kPa的压电式力传感器与一台灵敏度调整到0.226mV/pC的电荷放大器相联，其总灵敏度是多少？1-14．试判断下列结论的正误：1）在线性不变系统中，当初始条件为0时，系统输出量与输入量之比的拉普拉斯变换称为系统的传递函数。

2）当输入信号x(t)一定时，系统的输出y(t)将完全取决于传递函数H（S），而与系统的模型无关。

3）传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。

4）测试装置的灵敏度愈高，其测量范围就愈大。

5）一线性系统不满足“不失真测试”条件，若用它传输一个1000Hz的单一频率的正弦信号，则必然导致输出波形失真。

1-15．有两个温度计，一个响应快，能在6s内达到稳定，一个响应慢，需要15s内才能达到稳定，请问两个温度传感器谁的时间常数小？1-16．用一个时间常数为0.35s的一阶装置去测量周期分别为1s，2s，5s的正弦信号，问幅值误差是多少？1-17．求周期信号x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t-45o)通过传递函数H(s)=1/(0.005s+1)的装置后所得到的稳态响应。

传感器详解—电感式传感器今天的主角是电感式传感器。

电感式传感器原理是利用线圈的自感或者互感系数变化来实现非电量检测的一种装置，看这句话可能会有些懵逼，别急，看不懂先跳过。

电感式传感器能对位移、压力、振动、应变、流量等参数进行测量。

跟其他类型传感器相比：优点是结构简单，灵敏度高，输出功率大，输出阻抗小，抗干扰能力强，测量精度高；缺点是响应比较慢，不适宜快速动态测量。

分辨率与测量范围有关，范围越大、分辨率越低。

电感式传感器又分好几种，这里主要介绍变磁阻式传感器、差动变压器式传感器和电涡流式传感器。

1. 变磁阻式传感器：变磁阻式传感器核心结构如图：线圈、铁芯和衔铁。

铁芯和衔铁之间有一层气隙，线圈和铁芯固定不动，衔铁跟导杆一起连接在被测件上。

在测量时，衔铁跟随被测件移动时，气隙厚度发生变化，随之磁路中的磁阻发生变化，最终导致电感线圈中的电感值发生变化。

略过推导过程，看最终的公式的话：最终公式L=W²/R=W²μS/2ρ L：线圈电感 W：线圈匝数μ：空气导磁率 R：总磁阻 S：气隙的截面积ρ：气隙厚度从公式里看到，最终的参数中，W（线圈匝数）和μ（空气导磁率）固定不变，线圈内的电感（L）也就只有和S（气隙的截面积）和ρ（气隙的厚度）有关，改变气隙截面积和厚度中的任意一项，电感都会发生变化。

因此根据修改不同的参数，变磁阻式传感器又分成变气隙型电感式传感器和变面积型电感式传感器，变气隙型使用最为广泛。

在实际应用中，经常是采用两个相同的传感器线圈共用一个衔铁，构成差动式电感传感器。

两个相同的线圈固定不动，衔铁置于两线圈间。

当衔铁跟随被测件上下移动时，两个线圈产生的磁回路中磁阻发生大小相等，但方向相反的变化，导致一个线圈电感量增加，另一个线圈电感量减少，形成差动形式。

（看下面动图更直观）使用差动式的电感传感可以改善线性，提高灵敏度。

同时对温度、电源频率等进行补偿，很大程度上减少了外界的干扰误差。

一文读懂电感式传感器电感式传感器被大量应用在各行各业。

特别是机床行业，以及汽车制造等行业更是应用广泛。

电感式传感器利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感系数或互感系数的变化，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。

电感式传感器是利用线圈自感或互感的改变来实现测量的一种装置。

通常由振荡器、开关电路及放大输出电路三大部分组成。

其结构简单，无活动电触点，工作寿命长。

而且灵敏度和分辨力高，输出信号强。

线性度和重复性都比较好，能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制。

可以测量位移、振动、压力、流量、比重等参数。

电感式传感器的核心部分是可变的自感或互感，在将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电感绕组。

电感式传感器的特点（1）结构简单：没有活动的电触点，寿命长。

（2）灵敏度高：输出信号强，电压灵敏度每毫米能达到上百毫伏。

（3）分辨率大：能感受微小的机械位移与微小的角度变化。

（4）重复性与线性度好：在一定位移范围内，输出特性的线性度好，输出稳定。

（5）电感式传感器的缺点是存在交流零位信号，不适宜进行高频动态测量。

电感式传感器的类型电感式传感器可分为自感式传感器、差动变压式传感器和电涡流传感器三种类型。

自感式传感器1、自感式传感器的结构自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。

铁芯与衔铁由硅钢片或坡莫合金等导磁材料制成。

自感式传感器结构图2、自感式传感器的工作原理自感式传感器是把被测量变化转换成自感L的变化，通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。

传感器在使用时，其运动部分与动铁心（衔铁）相连，当动铁芯移动时，铁芯与衔铁间的气隙厚度δ发生改变，引起磁路磁阻变化，导致线圈电感值发生改变，只要测量电感量的变化，就能确定动铁芯的位移量的大小和方向。

自感式传感器的工作原理示意图当线圈匝数N为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻的函数，只要改变δ或S均可导致电感变化。

传感器问答题1-1 何为传感器静态特性，静态特性技术指标有哪些传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性；其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。

-2 何为传感器动态特性，动态特性技术指标有哪些动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性；（2）描述动态特性的指标：对一阶传感器：时间常数对二阶传感器：固有频率、阻尼比。

1-3 传感器的等级精度是如何确定的传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数，即A＝ΔA/YFS＊100％1-4 传感器的线性度是怎样确定的，拟合刻度直线有几种方法传感器标定曲线与拟合直线的最大偏差与满量程输出值的百分比叫传感器的线性度；（2）拟合直线的常用求法有：端基法和最小二乘法。

1-5 一阶传感器怎样确定输入信号频率范围由一阶传感器频率传递函数w(jw)=K/(1+jωτ),确定输出信号失真、测量结果在所要求精度的工作段，即由B/A=K/(1+(ωτ)2)1/2,从而确定ω，进而求出f=ω/(2π).1-6 什么是传感器的差动测量方法，有何特点若某传感器的位移特性曲线方程为y1=a0+a1x+a2x2+a3x3+…….让另一传感器感受相反方向的位移，其特性曲线方程为y2=a0－a1x＋a2x2－a3x3＋……，则Δy=y1－y2=2(a1x+a3x3+a5x5……),这种方法称为差动测量法。

其特点输出信号中没有偶次项，从而使线性范围增大，减小了非线性误差，灵敏度也提高了一倍，也消除了零点误差。

第二章2-1 什么是金属材料的应变效应，什么是半导体材料的压阻效应1）金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。

（2）半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。

2-2 比较金属丝应变片与半导体应变片相同点和不同点相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。