第3章 电感式传感器

0S0 2S2
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
L
N2 Rm
N 20
l0
S0
N 20 2
S0
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。
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
31
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。
6
支撑
L
l1 激励线圈 l2
铁芯
变气隙长度
δ
衔铁移动，气隙
衔铁
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
的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。
输出阻抗大小为
Z R21 R22 2 L21 L22 2
42
（1）当动铁处于中间位置时，磁阻Rm1=Rm2,互感M1=M2，输 出电压U2=0 （2） 动铁上移，Rm1<Rm2,互感M1>M2，输出电压U2<0 （3）动铁下移，Rm1>Rm2,互感M1<M2，输出电压U2>0

δ1 δ2
Usc
Usr第3章 电感式传Fra bibliotek器及其应用三、差动式自感传感器 当衔铁下移时，有：
N 2 0 A L1 = （ 2 0 +） 2 3 =L0 1 ( ) ( ) 0 0 0
δ1 δ2
Usc
Usr
N 2 0 A L2 = L0 1 ( ) 2 ( )3 （ 2 0 ） 0 0 0
高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。
第3章 电感式传感器及其应用
一、差动变压器式传感器结构及原理
差动变压器式传感器, 简称差动变压器, 是一个有可动铁
芯和两个次级线圈的变压器。
传感器的可动铁芯和待测物相连, 两个次级线圈接成差 动形式, 可动铁芯的位移利用线圈的互感作用转换成感应电
动势的变化, 从而得到待测位移。
五、自感式电感传感器 应用 变气隙电感式压力传感器：结构如图，由膜盒、 铁芯、衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一
起
当液体/气体进入膜盒时，膜盒的
线圈 铁芯 衔铁 A
U
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
δ
b 变截面式传感器
图3.1 自感式传感器结构图
第3章 电感式传感器及其应用
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
第3章 电感式传感器及其应用
二、自感式传感器灵敏度及特性分析
以变气隙长度传感器为例，
设自感式传感器初始气隙为δ0，初始电感量为L0，衔铁位移引起的气 隙变化量为Δδ，
相差越大。

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

自感式传感器（变自感L） 类型： 差动变压器（变互感M）
电涡流式传感器（变自感L）
.
12
§3.1 自感式传感器 §3.2 差动变压器 §3.3 电涡流传感器
.
13
§3.1 自感式(变磁阻)传感器
一、工作原理：
由2铁芯、1线圈、 3衔铁及弹簧等组成。当衔铁移动时，气 隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致线圈的 电感值变化。
阻远较气隙磁阻小
则线圈自感L为： L N 20S 2
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；
.
15
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
.
16
二、输出特性分析
L 0SN 2
.
11
概述
电感式传感器就是利用线圈自感或互感随被测量变化来实现测 量的一种装置。
被测量 → 线圈自感（互感） → UO（IO）
传感器的结构特征：具有线圈绕组 应用：可测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩等多种物
理量。
特点：灵敏度高、输出功率大、测量范围宽。但存在交流零位 信号，不宜于高频动态测量。
2）
具有线性度良好、自由行程大、 示值范围宽、灵敏度 较低的特点，通常用来测量比较大的直线位移和角位移。
3）螺管式自感式传感器
灵敏度低，但示值范围大，自由行程大，且其主要优点是 结构简单，制造装配容易
.
116
三、测量电路
1. 电感式传感器的等效电路
电感线圈的等效电路（如图）
实际传感器中，线
圈不可能是纯电感， 它包括线圈的铜损