第三章电感式传感器gj
测试技术第5讲--电感式传感器
电感式传感器工作原理
因此：
W2 W2 W2 W2µ0S W2µ0S W2µ0S L= = ≅ = = = lδ lδ l1 l2 lδ Rm 2x 2δ + + µ1S1 µ2S2 µ0S µ0S 因为铁心磁导率µ1、µ2 >> 空气磁导率µ0
L 与气隙长度x（或δ）呈非线性（双曲线）关系。
改变气隙长度x（或δ）或改变气隙截面积S都可改变电感值 meyyq@sina.cn
meyyq@sina.cn
电感式传感器
螺旋管式自感传感器
单螺管线圈型，当铁芯在线圈中运动时，将改变磁阻，使 线圈自感发生变化。这种传感器结构简单，制造容易，但灵 敏度低，适用于较大位移(数毫米)测量。
对 有 长 的 圈 其 轴 的 场 度 为 于 限 度 线 ， 沿 向 磁 强 H ： l： 圈 度 线 长 IW l + 2x l − 2x H= + 2 2 2 2 2l 4r + (l + 2x) 4r + (l − 2x) R： 圈 平 直 线 的 均 径 I： 圈 平 电 线 的 均 流 N： 圈 数 线 匝 线 的 向 场 布 不 匀 ， 确 理 上 感 推 很 难 圈 轴 磁 分 是 均 的 精 的 论 电 值 导 困 。 本 程 作 细 析 课 不 详 分
根 泰勒 据 级数 开 展 式：设a ≤1,则： ≤1, 1 −1 = (1- a) =1+ a + a2 + a3 +L+ an +L 1- a 可 上式 对 进行 简 化 ：
传感器的弹性敏感元件第三章重点
§1 概述
弹性敏感元件： 利用弹性变形实现将被测量由一种物
理状态变换为另一种相应物理状态的元件。
作用：直接测量被测量
常用的弹性敏感元件有波纹管、弹性梁、 柱及筒、膜片、膜盒、弹簧管等。
§1 概述
在实际测量过程中，根据不同弹性敏感元件 的结构特点，可以利用其在外界载荷作用下引起 的位移、应变、应力的变化规律直接进行测量； 也可以利用其在外界载荷作用下引起的等效刚度、 等效质量或等效阻尼间接进行测量。
(3.7)
ml A
0.249E
f0 l
(3.8)
ρ — 柱体元件的材料密度
圆柱形弹性敏感元件主要用于电阻应变式拉力 或压力传感器中。
§3 弹性敏感元件的特性参数计算
2、悬臂梁 结构简单，灵敏度高，多用于较小力的测
量，以应变或自由端的位移作为输出量。
根据梁的截面形状不同可分为等截面梁和 变截面梁(等强度梁)。
图3.7 圆形平膜片
h 当膜片的两面受到不同 的压力（或力）的作用 时，膜片向压力低的一 面应变移动，使其中心 产生与压力差成一定关 系的位移。
§3 弹性敏感元件的特性参数计算
压力P作用下，中心最大挠度为：
312 R 4
yma 1 x 6Eh 3P
(3 1)8
该式使用条件： ymax，h即小挠度情况下，
第2章3 电感式传感器
图5.1 变磁阻式传感器结构
当线圈中通以电流i时，产生的磁通 Φm ，其大小与电流 成正比，即： WΦm = Li
式中，W 为线圈匝数；L为比例系数，称为自感，H。 又根据磁路欧姆定律： Wi Φm = Rm 式中，Wi为磁动势；Rm为磁阻。 W2 自感：L = Rm
因为气隙厚度较小，可以认为气隙磁场是均匀的，若忽 略磁路铁损，则总磁阻近似为： 2δ
螺管式差动变压器工作原理
１-活动衔铁； ２-导磁外壳； ３-骨架； ４-匝数为W1初级绕组； ５-匝数为W2a的次级绕组； ６-匝数为W2b的次级绕组
工作原理
当没有位移时，衔铁C处于初始平衡位置，两线圈互感相等： M1=M2 两个次级绕组的互感电势相等，即e2a=e2b。 由于次级绕组反向串联，因此，差动变压器输出电压
•
E 21 − E 22 = 2
可见桥路的灵敏度为前面的0.5，但其优点是利用Rw可进行调零 ，不再需要另外配置调零电路。
零点残余电压
定义
当衔铁位于中心位置时，差动变压器输出电压不等于0， 我们把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余 电压e0，（几毫伏至几十毫伏） e0过大，会使灵敏度下降， 非线性误差增大，测量精度 降低。甚至造成放大器末级 趋于饱和，不能正常工作。 所以e0的大小是判别传感器 质量的重要标志之一。
传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数 关系式为
电感式传感器
铁插入线圈的深度有关。
设线圈长度为l、线圈的平均半径为r、线圈的匝数为N、
l
衔铁进入线圈的长度la、衔铁的半径为ra、铁心的有效磁导
2
率为µm，则线圈的电感量L与衔铁进入线圈的长度la的关系
x
可表示为
2ra r
L
4 2 N l2
2
lr 2 (m 1)lara2
（4-1-5）
1
图4.1.4 螺管型电感传感器
4.1.1.4 差动式电感传感器
在实际使用中,常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁,构成差动式电感传感器,这样可
以提高传感器的灵敏度,减小测量误差。图4.1.5是变间隙型、变面积型及螺管型三种类型
的差动式电感传感器。 差动式电感传感器的结构
l 23
l
3
要求两个导磁体的几何尺寸
4
4
及材料完全相同，两个线圈
差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响），它的 等效电路如图4.2.2所示。图U1为一次绕组激励电压；M1、M2分别为一次绕组与两个二次绕 组间的互感：L1、R1分别为一次绕组的电感和有效电阻；L21、L22分别为两个二次绕组的电 感；R21、R22分别为两个二次绕组的有交电阻。
同样可以得出结果：当衔铁下移时，电压表总是反向偏转，输出为负。
可见采用带相敏整流的交流电桥，输出信号既能反映位移大小又能反映位移的方向。
常用传感器工作原理(电感式)PPT课件
此时k 可近似为常数。因此，这种传感器一般 只适用于大约0.001－1mm范围的小位移测量。
8
对于变间隙式,改善非线性，提高灵敏度的方法如下:接成差 动型
根据结构形式，自感传感器可分为：气隙型、螺线管
螺 螺旋管
l
管
rc
r
式
铁心
x
单线圈螺管型传感器结构图
螺管型电感传感器的衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁 阻发生变化，线圈电感量也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁 插入线圈的深度有关。
提高一倍
LL 2L 12L 0 0 0 3 0 5.上显....式然. 中 差不动存式在自偶感次传项感，器
L LL 3 5 L02L0 120 0 0 ......
的非线性误差在±Δδ 工作范围内要比单个自 感传感器的小得多。
14
差动气隙式传感器工作行程很小,若取lδ＝2mm,则行程为(0.2—0.5)mm； 较大行程的位移测量,常利用差动螺管式自感传感器
11
2）差动式自感传感器:
在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔 铁，构成差动式自感传感器，两个线圈的电气参数和几 何尺寸要求完全相同。这种结构除了可以改善线性、提 高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等的影响也可 以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。
12
下图是变气隙型及螺管型的差动式自感传感器的结构示意 图。当衔铁3移动时，一个线圈的电感量增加，另一个线圈 的电感量减少，形成差动形式。
第三章电感式传感器
K
为初始气隙厚度 从公式看出：
-
L
L0为初始电感量
灵敏度与初始气隙厚度有关，呈非线性，测 量较小位移较精确，为减小误差实际测量多采用 差动形式。
2014-3-10
8
二、变面积式电感传感器的基本工作原理
线性区较小，灵敏度较低，使用少。
三、单线圈螺线管式电感传感器
单线圈螺线管式电感传感器，当衔铁工作在 螺线管的中部时，可以认为线圈内磁场强度是均 匀的，此时线圈电感量 L与衔铁插入深度 l大致成 正比。
2014-3-10
22
四、测量转换电路
差动变压器的输出电压是交流分量，它与衔 铁位移成正比，其输出电压如用交流电压表来测 量时，无法判别衔铁移动的方向。 解决办法： （1）采用差动相敏检波电路 （2）采用差动整流电路
2014-3-10
23
2014-3-10
24
分析测量转换电路
1、差动整流电路：
差动变压器压力变送器的电路图
2014-3-10
43
测量过程
膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是一 种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两侧面 存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此能够将压 力变换为直线位移。适用于各种生产流程中液体、水蒸 气及气体压力。 被测气体未导入，膜盒2无位移，活动衔铁在差动 线圈的中间位置，因而输出电压为零。 被测压力从输入口1到膜盒2，自由端产生一个正比 于被测压力的位移，测杆使衔铁向上移动，在差动变压 器二次线圈产生感应电动势发生变化有电压输出，此电 压经过安装在印制电路板4上的电子线路处理后，送到二 次仪表加以显示。
第3章++传感器中的弹性敏感元件
A
θ
θ0
线性 非线性
第3章 传感器中的弹性敏感元件
二,灵敏度 灵敏度是刚度的倒数,一般用 表示: 灵敏度是刚度的倒数,一般用Sn表示
dx Sn = dF
在传感器中,有时需应用几个弹性元件串联或并联. 在传感器中,有时需应用几个弹性元件串联或并联. 当弹性敏感元件并联时, 当弹性敏感元件并联时,系统的灵敏度为
E
ρ
4,结论 , 等截面梁的厚度的减小可以使灵敏度提高, 等截面梁的厚度的减小可以使灵敏度提高,因有 振动频率降低.材料的特性参数(E, 对灵敏度和固 振动频率降低.材料的特性参数 ,ρ)对灵敏度和固 有频率都有影响. 有频率都有影响.
第3章 传感器中的弹性敏感元件
二,变截面梁(等强度粱 变截面梁 等强度粱) 等强度粱 等强度梁在自由端加上作用力时, 等强度梁在自由端加上作用力时,在梁上各处产 生的应变大小相等. 生的应变大小相等.它的灵敏度结构系数与长度方向 的坐标无关,都等于6, 的坐标无关,都等于 ,这给应变式传感器带来了很大 方便. 方便. 为了保证等应变性: 为了保证等应变性:作 F 用力F必须加在粱的俩斜边 用力 必须加在粱的俩斜边 的交汇点T处 的交汇点 处.等强度粱各 h l 点的应变值为: 点的应变值为:
第3章 传感器中的弹性敏感元件
3.2 弹性敏感元件的基本特性
3.2.1 弹性特性 作用在弹性敏感元件上的外力与其引起的相应变 应变, 形(应变,位移或转角 之间的关系称为弹性元件的弹性 应变 位移或转角)之间的关系称为弹性元件的弹性 特性,它可能是线性的,也可能是非线性的 也可能是非线性的. 特性,它可能是线性的 也可能是非线性的.
第三章 传感器中的弹性敏感元件
第二节 弹性敏感元件的基本特性
3.2.3 弹性后效
弹性敏感元件所加载荷 改变后，不是立即完成 相应的变形，而是在一 定时间间隔中逐渐完成 变形的现象
金属波纹膜片
锡青铜、铍青铜、不锈 钢金属波纹膜片：感受 压力从几百帕到几十兆 帕，材料厚度可从 0.03mm到1.6mm，直 径从十余毫米到250毫 米，其压力位移特性可 以是线性的、渐增的或 渐减的，精度可达千分 之五。
压力膜盒
铍青铜、锡青铜， 不锈钢压力膜盒： 其压力位移特性 可以是线性的， 渐增的或渐减的， 精度可达千分之 三。
信号检测与变换
第三章 传感器中的弹性敏感元件
主要内容
弹性敏感元件的基本特性 弹性敏感元件的材料 常用弹性敏感元件
第一节 引言
变形
物体在外力作用下而改变尺寸或形状的现象
弹性变形
当外力去掉后能完全恢复原来的尺寸和形状 的变形
弹性元件
具有弹性变形特性的物体
第一节 引言
弹性元件
第二节 弹性敏感元件的基本特性
关于固有振动频率的理解
弹性元件的固有振动频率是描述弹性元件内 在特性的重要参数，它体现的是弹性元件固 有的特性
传感器与检测技术课后习题答案
返回
上页
下页
图库
第1章
∴ y 0.68x 0.25
1 0.238 2 0.35 3 0.16
4 0.11 5 0.126 6 0.194
L
Lmax yFS
100%
0.35 5
7%
拟合直线灵敏度 0.68,线性度 ±7%
返回
上页
下页
图库
第1章
解：设温差为R,测此温度传感器受幅度为R的阶跃响应 为(动态方程不考虑初态)
1759,Y3
13009,Y4
1207,Y5
6, 13
5 70 60 90 Y69,Y7 107,Y879,Y9 103,Y10 1
返回
上页
下页
图库
第2章
答：①在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温
度系数t 及栅丝与试件膨胀系数（g与s ）
之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与 真实应变同数量级的误差。 ②方法：自补偿法 线路补偿法
返回
上页
下页
图库
第3章
答：①原因是改变了空气隙长度
②改善方法是让初始空气隙距离尽量小，同时灵
敏度的非线性也将增加，这样的话最好使用差动式
传感器，
S2L0 l0
1l l0
2
l0l
...
其灵敏度增加非线性减少。
电感式传感器30295
忽略高次方（高阶无小）项： L1 L2 l
1
L L l 1 l l r
传感器的灵敏度为： KL
L l
L l
1 l
1 l
r
传感器的线性度为：
与气隙长度呈反比， 希望它小
L Li
L
l l
1
l
1 l
r
l l
1
l
1 l
r
l l
1 l
1 l
r
2
L
与气隙相 对变化率 呈正比
l l
L
1
r
l l
1 l
1 l
r
3
L2 L
l l
1 l
1 l
r
1
l l
1 l
1 l
r
l l
1 l
1 l
2
r
2
3
l l
1
l
1 l
r
l l
1
1 l l r
l l
1
1 l l r
气隙型电感传感器
4.1 自感式传感器
特性分析（对于变气隙式求灵敏度和线性度的表达式）
螺旋管
l r
铁芯
x
单线圈螺管型传感器结构图
螺管型电感传感器
4.1 自感式传感器
螺旋管 铁心
传感器原理及应用-电感式传感器
§4.1 变磁阻式电感传感器
七、自感式传感器的测量电路
2、变压器式交流电桥
§4.1 变磁阻式电感传感器
七、自感式传感器的测量电路
3、相敏检波测量电路
① 衔铁中间位置
J J -2 +2
E E L L1 1 -3 +3
G G -3 +1
L1 L 2
UG UH
§4.1 变磁阻式电感传感器
四、变间隙式自感传感器输出特性
气隙厚度δ0 时自感系数
AN 2 L0 2
0 0
铁芯 线圈 δ 衔铁 Δδ
当衔铁上移 Δδ 时，传感 器气隙减小Δδ，即δ=δ0-Δδ， 则输出电感为
L L0 L N 2 0 A L0 2( 0 ) 1
差动结构的特点： （1）改善线性、提高灵敏度外； （ 2 ）补偿温度变化、电源频率变化等的 影响，从而减少了外界影响造成的误差。
三种基本类型：
4 4 2
3
1
3
差动变间隙式传感器 1-线圈 2-铁芯 3-衔铁 4-导杆
4 2
1
差动变 截面式
差动螺 管式
1 3
4
§4.1 变磁阻式电感传感器
一、变磁阻式传感器工作原理 二、变磁阻式传感器基本类型 三、变截面式自感传感器输出特性 四、变间隙式自感传感器输出特性 五、差动式自感传感器 六、自感式传感器的等效电路 七、自感式传感器的测量电路
电感式传感器的工作原理
电感式传感器的工作原理
电感式传感器是一种利用感应电磁场强度变化来测量物理量的传感器。其工作原理基于法拉第电磁感应定律，即当磁场通过一个线圈时，线圈中的电流会发生变化。
电感式传感器由一个线圈和一个磁环组成。当线圈通电时，会产生一个磁场，磁场的强度与通电电流成正比。当有感应物体靠近磁环时，感应物体会改变磁环周围的磁场分布，进而影响到线圈中的电流。根据法拉第电磁感应定律，线圈中的电流变化会导致感应电动势的变化。通过测量感应电动势的变化，可以间接得到感应物体与传感器之间的相对位移、速度或位置等物理量。
具体来说，当感应物体靠近磁环时，感应物体的磁导率和磁阻率会改变，从而改变了磁场的分布。这种磁场的变化会引起线圈中的感应电动势变化。通过测量感应电动势的变化，可以得到感应物体的位置或其他物理量。由于感应电动势与感应物体之间的距离、速度或位置等有关，因此电感式传感器可以用来测量这些物理量。
总之，电感式传感器利用感应电磁场强度变化来测量物理量。当有感应物体靠近时，感应物体改变了磁场的分布，从而导致线圈中的感应电动势变化。通过测量感应电动势的变化，可以间接测量感应物体与传感器之间的相对位移、速度或位置等物理量。
GJ40A型甲烷传感器使用说明书
产品使用说明书
GJ40A型甲烷传感器
执行标准：GB3836-2000、AQ6206-2006、Q/MAS1-2011 版本号：Ver2.0
出版日期：2011.03.01
重庆梅安森科技股份有限公司
警示：维修时不得改变本安电路和与本安电路有关的元器件的电气参数、规格和型号！
本安关联产品不得随意改变配置！
一、概述
GJ40A型甲烷传感器(以下简称传感器)能用于煤矿井下或其他有甲烷气体的场所，监测环境甲烷浓度，并连续自动地将甲烷浓度值转换成标准电信号传送给关联设备，具有就地显示甲烷浓度值，超限声光报警等功能。该传感器经国家防爆检验机关进行联机检验后, 可与国内各类型监测系统及断电仪、风电瓦斯闭锁装置等配套，适宜在煤矿采掘工作面、机电硐室，回风巷道等地点固定使用。
本产品的关联及配套设备见附录A
产品的型号定2义如下：
G J 40 A
改型编号
测量范围
甲烷
传感器
二、工作原理
该传感器以多功能超低功耗单片机为中央处理单元、放大电路、数字显示、声光报警、信号输出等单元电路组成，框图如下：
图 1 传感器电路原理框图
传感器电路采用单片机设计，能就地显示检测甲烷浓度值，同时输出频率信号(电流信号)，供远程采集；能遥控调校零点和灵敏度，并具备故障自检功能，给使用和维护带来很大的方便。传感器的电源电路采用开关电源，整机功耗低，有利于提高分站和传感器之间的传输距离。
传感器结构设计充分考虑能在恶劣环境下使用,在结构强度和防水性能方面都采取了有效的措施，同时还特别加大了接口连接器的尺寸，提高了敏感元件的热平衡效果,
保证传感器能稳定可靠的工作。
电感式传感器的结构及原理
电感式传感器的结构及原理
电感式传感器是一种通过测量电感变化来实现物理量测量的传感器。它的工作原理基于电感元件的特性，当物理量发生变化时，电感元件的电感值也会发生相应的变化，通过测量电感值的变化来得到所要测量的物理量。下面将详细介绍电感式传感器的结构及工作原理。
一、电感式传感器的结构
电感式传感器通常由电感元件、信号处理电路和电源电路组成。
1. 电感元件：电感元件是电感式传感器的核心部分，它的结构可以分为线圈型和平面型两种。
线圈型电感元件主要由绕线组成，绕线一般为长细导线或由绕线的导线组成。绕线通常是由铜线绕制而成，线圈的圈数和绕线的形状可以根据所要测量的物理量的特性来设计。当物理量发生变化时，导线的长度、形状和绕线的排列都会发生相应改变，进而改变了电感元件的电感值。
平面型电感元件通常由多个变压器构成，变压器内部通过气压或其它力的作用来控制变压器之间的平面距离。当物理量发生变化时，压力的作用会改变变压器之间的电感耦合效果，进而改变了电感元件的电感值。
2. 信号处理电路：信号处理电路用于处理电感元件所产生的变化信号，将其转
换为可使用的电信号。信号处理电路通常包括放大器、滤波器、模数转换器等电路，其中放大器用于放大电感元件输出的微弱信号，滤波器则用于去除噪声和杂波，模数转换器将模拟信号转换为数字信号，以方便后续的处理和分析。
3. 电源电路：电源电路用于为电感式传感器及信号处理电路提供工作所需的电源。电源电路通常采用恒流源或恒压源来提供稳定的电流或电压。
二、电感式传感器的工作原理
电感式传感器的工作原理基于电感元件的特性，当电感元件和磁场发生相互作用时，电感元件内部会产生感应电动势。这个感应电动势的大小与电感元件的电感值密切相关，而电感值则受到物理量的影响。
传感器标准精选(最新)
传感器标准精选（最新）
G7551《GB/T7551-1997称重传感器》
G7665《GB/T7665-2005传感器通用术语》
G7666《GB/T7666-2005传感器命名法及代号》
G7965《GB7965-2002声学:水声换能器测量》
G13823.1《GB/I13823.1-2005振动与冲击传感器的校准方法：基本概念》
G13823.17《GB/T13823.17-1996振动与冲击传感器的校准方法:声灵敏度测试》G13823.18《GB/T13823.18-1997振动与冲击传感器的校准方法:互易法校准》
G13823.19《GB/T13823.19-2008振动与冲击传感器的校准方法地球重力法校准》
G13823.20《GB/T13823.20-2008振动与冲击传感器校准方法加速度计谐振测试通用方法》
G13850《GB/T13850-1998交流电量转换为模拟量或数字信号的电测量变送器》G13992《GB/T13992-2010金属粘贴式电阻应变计》
G14412《GB/T14412-2005机械振动与冲击加速度汁的机械安装》
G15478《GB/T15478-1995压力传感器性能试验方法》
G18459《GB/T18459-2001传感器主要静态性能指标计算方法》
G18806《GB/T18806-2002电阻应变式压力传感器总规范》
G18901.1《GB/T18901.1-2002光纤传感器第1部分:总规范》
G20485.1《GB/T20485.1-2008振动与冲击传感器校准方法第1部分:基本概念》
第3章电感式传感器
第3章电感式传感器
本章要点：
电感式传感器的概念、原理、种类、特性及用途
变磁阻式传感器的结构、原理及应用
差动变压器式传感器的结构、原理及应用
电涡流式传感器的结构、原理及应用
概述
电感式传感器(inductance type transducer)是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量L或互感量M的转变，再由测量电路转换为电压或电流的转变量输出的一种传感器。由铁心和线圈组成的将直线或角位移的转变转换为线圈电感量转变的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是必然的，其电感量的转变是由于位移输入量致使线圈磁路的几何尺寸转变而引发的。当把线圈接入测量电路并接通鼓励电源时，就可取得正比于位移输入量的电压或电流输出。
依照工作原理的不同，电感式传感器可分为变磁阻式传感器（variable reluctive transducer）、变压器式传感器(transformer type transducer )和电涡流式传感器(eddy current type transducer)等种类。外形如彩图3、彩图3-1及彩图3-2所示。
电感式传感器有以下特点：
工作靠得住，寿命长；
灵敏度高，分辨率高(位移转变μm，角度转变’’)；
测量精度高，线性好(非线性误差可达%%)；
性能稳固，重复性好。
电感式传感器的要紧缺点是灵敏度、线性度和测量范围彼此制约,存在交流零位信号，传感器自身频率响应低，不适用于高频动态测量。
电感式传感器要紧用于位移测量和能够转换成位移转变的机械量（如力、张力、
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一节 自感式传感器
先看一个实验：
将一只380V交流接触器线圈与交流 毫安表串联后，接到机床用控制变压器 的36V交流电压源上，如图所示。这时 毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢 将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下 按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。 当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时， 毫安表的读数只剩下十几毫安。
1
l1
L
S1
2
W
1—线 圈 ；
l2
2—铁 芯 (定 铁 芯 )；
3—衔 铁 (动 铁 芯 )
S2
3
±
第三章电感式传感器gj
原理 自感L可写为：
L W20s 2
l1 S1
1 L
2 W
l2
S2
3 ±
1—线 2—铁 3—衔
W为线圈匝数， μ0为空气的导磁率
上式表明，自感L与气隙δ成反比，而与气隙导磁截面积s成反 比。与线圈匝数W成正比
分类：变间隙型（δ 改变）、变面积型（s改变）、螺线管型（W改变）
第三章电感式传感器gj
1、变气隙式自感传感器
当气隙改变∆δ时
L
W 20s
2 0
W 20s 2 0
L0
0
1
0
当∆δ<<δ0 时，有
L
L0
0
第三章电感式传感器gj
此时，传感器的灵敏度为 k L L0
0
.
.
又
wL0R0
所 以U . 0Ui L=Ui 2L 2 第三章电感式传感器gj 0
结论： 差动电感传感器清除了起始时的零位输出 灵敏度提高，相同输入下输出增大 线性度得到改善（电感变化量中高次项部
分抵消）
第三章电感式传感器gj
2.
变压器式交流电桥测量电路如下图所示, 电桥两臂Z1、 Z2为传 感器线圈阻抗, 另外两桥臂为交流变压器次级线圈的两半部分。 当负截阻抗为无穷大时, 桥路输出电压
第三章电感式传感器gj
2、变面积式自感传感器
若将变气隙式自感传感器的气隙厚度δ保持不变，使气隙导磁截 面积s随被测非电量而变，即构成变面积式自感传感器。
工作原理演示
变面积式自感传感器输出特性呈线性，因此测量范围大。与变
气隙式相比，其灵敏度较低。欲提高灵敏度，初始气隙厚度δ0 不能过大，但同样受工艺和结构的限制，δ0的选取与变气隙式 相同。
(2) 当传感器衔铁下移时, 则Z1=Z0 -ΔZ, Z2=Z0 +ΔZ, 此时
U Z U L
U0
2 Z0
2 L0
从两式可知, 衔铁上下移动相同距离时, 输出电压的大小相等,
但方向相反, 由于
U
0
是交流电压, 输出指示无法判断位移方向,
必须配合相敏检波电路来解决。 第三章电感式传感器gj
3. 带相敏整流器的交流电桥
第三章电感式传感器gj
电感传感器的基本工作原理演示
F
准备工作
220V
第三章电感式传感器gj
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 第三章电感式传感器gj
一、自感式电感传感器
自感式电感传感器是一种改变自感系数的传感器。原理图
如下图。它由线圈、铁芯及活动衔铁组成。在铁芯和衔铁
之间有空气隙δ。
第三章电感式传感器gj
螺旋管式自感传感器工作示意图
第三章电感式传感器gj
四、差动电感传感器及测量电路
在实际使用中,常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁, 构成差动式电感传感器,这样可以提高传感器的灵敏度,减小测 量误差.
差动式电感传感器的结构要求两个导磁体的几何尺寸及材 料完全相同，两个线圈的电气参数和几何尺寸完全相同。
Z1，Z2的阻抗相等，此时
+
Z 1 Z 2 Z 0R 0jw L 0
Z1
Z3 Z4 R
U
电桥平衡，输出电压为0。当衔铁 -
Z2
移动时，两线圈的变化分别为；
Z3
+ Z4 U o
-
Z1 Z0 Z
差动变隙式电感传感器等效图
Z2 Z0Z
输出Uo正比于Z1与Z2的差值
第三章电感式传感器gj
.
U0
Z1Z3 Z2Z4
.
Ui
(Z1 Z2 )(Z3 Z4 )
=
Z1 Z2
.
Ui
2(2Z0 Z1 Z2 )
因为
Z1 jwL1 jwL Z2 jwL2 jwL
+
Z1
U B
-
Z2
Z3
A+
Z4 U o -
ຫໍສະໝຸດ Baidu差动变隙式电感传感器等效图
所以
.
.
U0
2jwL U . i Ui
jwL
4(R0jwL0) 2(R0jwL0)
LW202a0xbW2200abL0ax
即
Lx
L0 a
第三章电感式传感器gj
变面积式自感传感器工作原理动画演示
第三章电感式传感器gj
3、螺管式自感传感器
工作原理演示
它与前两种传感器相比，有以下特点： ⑴.结构简单，制造装配容易； ⑵.由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰； ⑶.由于空气隙大，磁路磁阻大，故灵敏度较前两种低，但线 性范围大； ⑷.由于磁阻高，为了达到某一电感量，需要的线圈匝数多， 因而线圈分布电容大；
可见，灵敏度k与气隙长度的平方成反比，δ愈小，灵敏度 愈高。由于k不是常数，故会出现非线性误差，为了减小这 一误差，通常规定δ在较小的范围内工作。
实际应用中，一般取 。0 .变1 气隙式自感传感器
0
适用于较小位移的测量，一般约为0.001～1mm.
第三章电感式传感器gj
变气隙式自感传感器工作原理动画演示
第三章 电感式传感器
电感式传感器的工作原理：它是利用磁路定律或电磁感应原理 等，通过线圈自感和互感的变化，实现非电量（直接量为位移） 电测。 用途及特点：常用来测量位移、振动、压力、应变、流量、比 重等物理量参数。 优点：结构简单，工作可靠，寿命长；灵敏度和分辨力高。 缺点：存在交流零位信号；不适宜高频动态测量。 分类：按工作原理分为自感式、互感式和电涡流式三种。
差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变化、 电源频率变化等影响，也可以进行补偿，从而减少了外界影响 造成的误差。
第三章电感式传感器gj
1. 电阻平衡臂交流电桥
以 差动变隙式电感传感器为例进行分析
图 差动第变三隙章电式感式电传感感器传gj 感器
第三章电感式传感器gj
设衔铁位于气隙中间位置时线圈
Uo UAUB
U
Z1U U Z1 Z2 U Z1 Z2 2 Z1 Z2 2
Ui
B
A
变压器交流电桥
第三章电感式传感器gj
当传感器的衔铁处于中间位置, 即Z1= Z2=Z时，电桥平衡
U00
(1) 当传感器衔铁上移时, 即Z1=Z0 +ΔZ, Z2=Z0 -ΔZ,
U Z U L
U0
2 Z0 2 L0