互感式传感器
互感式传感器.
互感式传感器互感式传感器根据互感的基本原理，把被测的非电量变化转换为线圈间互感量的变化。
变压器式传感器与变压器的区别是：变压器为闭合磁路，而变压器式传感器为开磁路；变压器初、次级线圈间的互感为常数，而变压器式传感器初、次级线圈间的互感随衔铁移动而变，且变压器式传感器有两个次级绕组，两个次级绕组按差动方式工作。
因此，它又被称为差动变压器式传感器。
差动变压器结构形式较多，有变间隙式、变面积式和螺线管式等，其中应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1-100mm 的机械位移，并具有测量精度高，灵敏度高，结构简单，性能可靠等优点。
1．螺线管式差动变压器螺线管式差动变压器的基本结构如图2.21所示，它由一个初级线圈、两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。
差动变压器传感器中两个次级线圈反向串联，并且在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下，其等效电路如图 2.22所示，其中对1•U 、1•I 为初级线圈激励电压与电流， L l 、R l 为初级线圈电感与电阻，M l 、M 2分别为初级线圈与次级线圈1、2间的互感，L 21、 L 22和R 21、R 22分别为两个次级线圈的电感和电阻。
图2.21 螺线管式差动变压器 图2.22等效电路 当初级绕组N 1加以激励电压1•U 时，根据变压器的工作原理，在两个次级绕组中便会产生感应电势E 21和E 22。
根据变压器原理，传感器开路输出电压为两次级线圈感应电势之差，即 ••••-=-=12122212)(I M M j E E U ω （2.35）如果工艺上保证变压器结构完全对称，则当活动衔铁处于初始平衡位置时，必然会使两互感系数21M M =。
根据电磁感应原理，将有2221E E =，因而022212=-=•••E E U ，即差动变压器输出电压为零。
当衔铁偏离中间位置向上移动时，由于磁阻变化使互感21M M >，即11M M M ∆+=，22M M M ∆-=。
互感型(差动变压器式)传感器图解分析.
互感型（差动变压器式）传感器图解分析
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。
由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。
和两个参数完全相同的次级线圈、组成。
线圈中心插入圆柱形铁芯、反极
加上交流电压时，如果，则输出
；当铁芯向上运动时，；当铁芯向下运动时，。
铁芯偏离中心位置愈大，愈大
差动变压器式传感器输出的电压是交流量，如用交流电压表指示，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，交流电压输出存在一定的零点残余电压，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用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。
差动变压器式传感器的优点是：测量精度高，可达0.1μm；线性范围大，可到±100mm；稳定性好，使用方便。
因而被广泛应用于直线位移，或可能转换为位移变化的压力、重量等参数的测量。
差动变压器式。
互感型电流传感器工作原理
互感型电流传感器的工作原理介绍互感型电流传感器是一种广泛应用于电力系统中，用于测量电流的传感器。
它通过测量被测电流产生的磁感应强度来实现电流的测量。
互感型电流传感器的工作原理相对简单，但其在电力系统中的重要性和广泛应用使得深入理解其工作原理变得必要。
基本原理互感型电流传感器基于互感原理工作，即当电流通过导线时，会产生与之成正比的磁感应强度。
互感型电流传感器利用一个初级绕组和一个或多个次级绕组构成的互感器，将被测电流通过初级绕组产生的磁通量传递到次级绕组，并输出一个经过放大的次级电流信号。
初级绕组互感型电流传感器中的初级绕组是一个环形线圈，通常由导线或薄铜板制成。
被测电流通过这个绕组，产生一个与电流大小成正比的磁场。
次级绕组次级绕组是通过磁性材料套在初级绕组上形成的，一般由多层绝缘绕组构成。
次级绕组的匝数通常远多于初级绕组，这样可以实现电流传感器的准确放大。
磁性材料次级绕组上使用的磁性材料通常是铁芯或软磁粉，这些材料具有良好的磁导率和导磁性能，可以增强磁感应强度并提高传感器的灵敏度。
磁通量传递当被测电流通过初级绕组时，会产生一个磁场，磁场通过次级绕组上的磁性材料，形成一个与初级绕组磁场成比例但相应放大的磁场。
互感由于磁场的存在，初级绕组和次级绕组之间会发生互感，即磁场的变化会在次级绕组中诱导出电动势。
转化为电流信号次级绕组中诱导出的电动势通过外部电路连接到测量装置，经过放大和处理后转化为与被测电流大小成正比的电流信号。
工作原理总结互感型电流传感器的工作原理可以总结如下：1.被测电流通过初级绕组产生磁场；2.磁场通过次级绕组上的磁性材料，形成一个相应放大的磁场；3.初始绕组和次级绕组之间发生互感，诱导出次级绕组中的电动势；4.电动势通过外部电路连接到测量装置，并经过放大和处理；5.放大和处理后的电流信号转化为与被测电流大小成正比的信号。
特点与应用互感型电流传感器具有以下特点：1.高精度：由于互感型电流传感器中涉及到磁场和次级电流的精确测量，因此具有较高的测量精度。
差动变压器电感式传感器(互感式) 教学PPT课件
阅读并分析：P70
（1）零点残余电压是什么意思？ （2）零点残余电压产生的原因？ （3）零点参与电压的消除方法？
4.2.2 螺旋管式差动变压器
1、结构
阅读并回答：P67
（1）结构组成中包含了什么？ （2）一次线圈和二次线圈是如何布局的？
1-初级线圈 2、3-次级线圈 4-铁芯
2、等效电路
阅读并回答：P71
阅读并回答：P72-P73
（1）两个二次线圈的输出信号做了什么处理？ （2）当两个二次线圈的同名端a,c都为+极性 时，电容C1上的极性哪个为正？ （3）当两个二次线圈的同名端a,c都为-极性 时，电容C1上的极性哪个为正？
从电路结构可知，不论两个次级线圈的输出瞬时电压极性
如何，流经电容C1的电流方向总是从2到4，流经电容C2的电流
方向总是从6到8， 故整流电路的输出电压为
Uo U24 U68
➢ 当衔铁在零位时，因为U24=U68，所以Uo=0； ➢ 当衔铁在零位以上时，因为U24 > U68 ，则Uo>0； ➢ 当衔铁在零位以下时， 则有U24< U68，则Uo<0。 Uo的正负表示衔铁位移的方向。
判断位移的大小和方向 ➢ 相敏检波电路
差动变压器的分类
阅读并回答：P67 （1）差压变压器的结构有几种什么形式？ （2）实际应用最多的是哪一种？
差动变压器的应用？
4.2.1 变隙式差动变压器
1、结构
阅读并回答：P67
（1）结构组成中包含了什么？ （2）一次线圈是如何连接的？ 二次线圈是如何连接的？
【提问】差动变压器与差动式变磁阻传感器区别？
（1）衔铁上移时，互感系数M1和M2如何变化？ （2）衔铁上移时，二次绕组1和二次绕组2的感应电动势如何变化？
霍尔式传感器与磁感应式传感器的区别
磁感应式传感器也称互感器，互感器利用电磁感应原理，即变化的磁场产生电场的原理。
将两个线圈绕在同一个铁芯上，二次绕组感应出于一次绕组呈比例关系的电压或电流。
因此，也有称互感原理或变压器原理。
霍尔传感器是利用霍尔效应制作的传感器。
当一个导体通过与外磁场垂直的电流时，在导体的与磁场及电流方向均垂直的方向上，会产生一个电势差。
这个电势差与外磁场的磁感应强度及电流大小成正比，固定电流大小，电势差与外磁场的磁感应强度成正比。
利用一次线圈产生外磁场，那么电势差与一次电流成正比，这就是霍尔传感器的原理。
从应用角度，两者相同之处在于都需要一次线圈产生磁场。
不同之处之一在于互感器需要变化的磁场，而霍尔传感器可以是恒定的磁场，因此，前者只能用于交流测试，而后者可以用于交流和直流测试。
不同之处之二在于互感器有铁芯，而霍尔传感器没有铁芯，前者对于频率来讲是非线性的，后者是线性的，因此前者适用的频段较窄，一般用于固定频段（如45~66Hz），后者频段较宽。
不同之处之三是互感器较多的用于电能计量，相位指标是测量用互感器的重要指标。
而霍尔传感器较多的用于控制或简单的电压、电流独立测试，一般不控制相位指标，也不提供相位指标（如
50Hz的相位误差指标）。
互感式传感器的工作原理
互感式传感器的工作原理互感式传感器（Inductive sensors）是一种常见的非接触式传感器，用于检测各种金属物体的存在、位置或运动。
它们广泛应用于工业自动化、机械制造、机器人技术等领域。
互感式传感器的工作原理基于磁感应现象。
根据法拉第电磁感应定律，当磁场穿过一个金属物体时，会在物体中产生感应电流。
互感式传感器利用这一原理，在传感头附近创建一个较强的高频磁场，当金属物体靠近传感头时，由于感应电流的产生，传感器会检测到这个变化而产生响应。
传感头通常由线圈和铁芯构成。
线圈通过交流信号产生高频磁场，铁芯用于增加磁场的密度和传导性能。
传感头的线圈通过一个电感元件和一个高频振荡电路相连，形成一个串联谐振电路。
这个谐振电路的共振频率与感测头附近的金属物体的性质和距离有关。
当金属物体靠近传感头时，金属物体的存在改变了谐振电路的特性，导致线圈感应到的电压和电流的变化。
互感式传感器会测量这些变化，并将其转换为可识别的信号。
传感器可以通过本地显示或连接到计算机或PLC等设备上，实时显示或处理输入信号。
互感式传感器的性能受到许多因素的影响，包括金属物体的材料、形状、大小、导电性能等。
金属物体的电导率越高，感应电流的强度就越大。
由于互感式传感器只能探测金属物体，因此对于非金属物体的检测通常需要其他类型的传感器。
互感式传感器有许多优点，使其在工业应用中被广泛采用。
首先，它们具有非接触式检测的特点，因此可以避免接触式传感器由于磨损或破坏而导致的故障。
其次，互感式传感器具有快速响应的特点，可以在微秒甚至更短的时间内检测到目标物体的变化。
此外，互感式传感器具有较高的精度和重复性，并且在恶劣的环境条件下也能正常工作。
总之，互感式传感器是一种基于磁感应原理的非接触式传感器。
通过创建高频磁场并检测感应电流的变化，互感式传感器可以用于检测金属物体的存在、位置或运动。
这些传感器在工业自动化和机器人技术中发挥着重要作用，提高了生产效率和产品质量。
7-1 互感传感器原理及应用
7.1 互感1. 互感的定义互感，顾名思义，就是互相感应。
这样的定义很模糊，但至少说明了一点，就是需要两个或两个以上的东西才能互相感应。
下面我们通过逐步分析来引入互感的正式定义。
图1为绕有两个线圈的螺线管。
当线圈通以电流时，产生的磁场定性绘制如图2所示。
图1 绕有两个线圈的螺线管图2 线圈通以电流产生的磁场由图2可见，每个线圈产生的磁场既穿过自身，也有一部分会穿过另一个线圈，从而产生磁场的耦合。
因此，每个线圈的磁通都包含两部分：自己产生的磁通和另一线圈耦合过来的磁通。
显然，自己产生的磁通量与自己的电流成正比，而另一线圈耦合过来的磁通量与另一线圈的电流成正比。
据此，线圈1和线圈2的磁链（即多匝线圈的磁通量）分别为 1112(12L i Mi ψ=+线圈自身产生的磁通量）（线圈耦合过来的磁通量） （1） 2221(21L i Mi ψ=+线圈自身产生的磁通量）（线圈耦合过来的磁通量） （2）式（1）和（2）中的L 1和L 2称为自感，M 称为互感，可见互感是用来表征两个线圈之间的耦合作用。
2.耦合线圈的同名端讲到互感，就必须引入同名端的概念。
首先我们来说一下为什么要引入同名端的概念。
线圈磁场的耦合有两种可能：磁场相互增强和磁场相互削弱。
图2显示的两个线圈产生的磁场由于方向相同，所以磁场相互增强。
如果我们改变线圈2中电流的方向，如图3所示。
根据右手法则，很容易判断出两个线圈产生的磁场方向相反，所以磁场相互削弱。
图3 改变线圈2电流方向的螺线管我们之所以能判断出线圈产生的耦合磁场是增强还是削弱，前提是我们必须知晓线圈是如何绕制的，然后才能根据右手法则判断磁场方向，进而判断增强还是削弱。
可是，在实际中，线圈都是已经制作好的，一般都已经封装起来，因此从外面只能看到线圈引出的两个端子，看不到线圈内部到底是如何绕制的。
既然不知道线圈如何绕制，自然就无法根据右手法则判断磁场增强还是削弱。
那么，我们该怎么办呢？解决以上问题的方法就是引入同名端的概念。
互感式传感器
1.电涡流效应和电涡流式传感器
金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中旋 涡那样在导体内转 圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡 流效应。 应用：若在金属圆柱体上绕一线圈，当线圈中通入交变电流时，金属圆柱体便 处在交变磁场中。设想金属圆柱体由一系列不同半径的圆柱形薄壳所构成，每层 金属薄壳就是一个闭合回路，在交变磁场中有感应电流流通。这些感应电流在金 属圆柱体内汇集出强大的涡流，释放出大量的焦耳热，可使金属自身熔化。这就 是 高频感应炉 冶炼金属的原理 形成涡流必须具备下列两个条件： 1.存在交变磁场； 2. 导电体处于交变磁场中。
H 1
传感器激励线圈
传感器激励电流
I1
线圈
U 1
Z=F(ρ, μ, r, fI2
涡流式传感器的结构示意图
传感器激励电流
I1
线圈
框架 框架衬套
U 1
支架
涡流磁场
I2
插头
电缆
互感式传感器
1.工作原理与结构 互感式传感器是将被测量的物理量如力、位移等转换成互感系数的一种传感 器。它是利用磁路磁阻变化引起传感器线圈的互感（M）变化来检测非电量的 机电转换装置。其基本结构与原理与常用变压器类似，故亦称其为变压器式 传感器。
被测非电量
电磁 感应
互感系数M
测量 电路
U、 I 、 f
按照电涡流在导体内贯穿的情况，可以把电涡流传感器分为高频反射式和低频 透射式两类。其工作原理是相似的。
2. 工作原理
将一个通以正弦交变电流I1，频率为f，外半径为ras的扁平线圈置于金属导体附 近，则线圈周围空间将产生一个正弦交变磁场H1，使金属导体中感应电涡流I2， I2又产生一个与H1方向相反的交变磁场H2，如图所示。 根据能磁定律，H2的反作用必然削弱线圈 的磁场H1。由于磁场H2的作用，涡流要消 耗一部分能量，导致传感器线圈的等效阻抗 发生变化。线圈阻抗的变化取决于被测金属 导体的电涡流效应。
第三章--互感式传感器
3.2.1 互感式传感器的结构与工作原理
差动变压器结构形式：变隙式、变面积式和螺线管 式等。目前多采用螺管型差动变压器。
2 1 3
4
螺管型差动变压器 1 初级线圈;2.3次级线圈;4衔铁
2
1
3
4
工作原理类似于变压器。初、 次级绕组的耦合能随衔铁的移动 而变化，即绕组间的互感随被测 位移的改变而变化。
定义：把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余
电压。（x＝0， U0＝UZ≠0)
Ｕ０
ＵＺ
0
x
Ｕ０
ＵＺ
0
x
零点残余电压的大小是判别传感器质量的重要标志 之一 。因为如果零点残余电压过大，会使灵敏度下降， 非线性误差增大。所以，在制造传感器时，要规定其 零点残余电压不得超过某一定值。 例如某自感测微仪的传感器，经200倍放大后，在放大 器末级测量，零点残余电压不得超过80mv 。
1 传感器引线 2 铁心套筒 3 磁芯 4电感线圈 5 弹簧 6 防转件 7 滚 珠 导 轨 8 测杆 9 密封件 10玛瑙测端 11被测工件 12基准面 轴向电感测微器内部结构
轴向电感测微器外形
中原量仪厂
航空插头
红宝石测头
航空插头就是连接 器，即电缆接插件，插 头一般指不固定的那一 半。因最初用在航空领 域而得名。
D1 R
D3 R RL i1
R D2
R D4
u1 + u2 + T2
U 2
i2
同理:在Ｕ２负半周Ｕ１正半周时： u1 e1 u 2 e1 i2 i1 R RL R RL
i１＜ i２ i０= i１－ i２ ＜０．
互感式电感传感器——差动变压器性能测试一、实验目的1、了解差动
互感式电感传感器——差动变压器性能测试一、实验目的：1、了解差动变压器原理及工作情况；2、说明如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿；3、了解差动变压器测量系统的组成和标定方法；4、了解差动变压器的实际应用。
二、实验内容：1、差动变压器的性能实验；2、差动变压器零残余电压的补偿实验；3、差动变压器的标定实验；4、差动变压器的应用实验（振幅测量、电子称）（一）差动变压器的性能实验实验单元及附件：音频振荡器测微头示波器主、副电源差动变压器振动平台。
旋钮的初始位置：音频振荡器4KHz~8KHz之间，双踪示波器第一通道灵敏度500mv/div，第二通道灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭,示波器第二通道为悬浮工作状态。
实验原理：差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。
初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边，差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。
其原理及输出特性见图4-1。
实验步骤：（1）根据图4-2接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双踪示波器连接起来，组成一个测量线路。
开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入和输出端，调节差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。
（2）用手提压差动变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。
图4-1 图4-2（3）转动测微头使测微头与振动平台吸合，再向上转动测微头5mm，使振动平台往上位移。
（4）向下旋钮测微头，使振动平台产生位移。
每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度S。
S=△V/△X（式中△V为电压变化，△X为相应振动平台的位移变化），作出V-X关系曲线。
读数过程中应注意初、次级波形的相应关系。
思考题：（1）根据实验结果，指出线性范围。
互感式传感器的测量电路完整版资料
《传感器应用技术》差动相敏检波电路
采用解调电路还可以消除零位电压。
4采-4用-2解互调感电式路传还1感可.器差以测消动量除电相零路位敏电检压。波电路
为了提高检波效率，参考电压幅值取为信号的。
可见，无论次级➢线差圈的动输相出瞬敏时检电压波极的性如形何式，通很过多电阻，R相的电敏流检总是波从电d到路c。要求参考电压与差动变压器
同理可分析另一个次级线圈的输出情况。 差动整流电路简单，不需参考电压，不需要考虑相位调整和零位电压影响，对感应和分布电容影响不敏感。 同理可分析另一个次级线圈的输出情况。 差动变压器的输出电压是调幅波，为辨别衔铁的移动方向，要进行解调。 差动整流电路根据半导体二级管单向导通原理进行解调的。 经差动整流后变成直流输出便于远距离输送。
《传感器应用技术》差动整流电路
eab
t
f
g
衔铁在 零位以下
ecd
t
d
R
c
USC
t
eab
e1 ～
e
h
USC
衔铁在 零位
ecd
t t
R
USC
t
a (a)
b
eab
衔铁在 零位以上
ecd
t t
全波整流电路和波形图
USC
t
(b)
《传感器应用技术》差动整流电路
差动整流电路根据半导体二级管单向导通原理进行解调的。如传感器的一 个次级线圈的输出瞬时电压极性，在f点为“＋”，e点为“–”，则电流路径是 fgdche（参看图a）。反之，如f点为“–”，e点为“＋”，则电流路径是 ehdcgf。可见，无论次级线圈的输出瞬时电压极性如何，通过电阻R的电流总是 从d到c。同理可分析另一个次级线圈的输出情况。输出的电压波形见图（b）， 其值为USC=eab＋ecd。
互感式传感器的工作原理
互感式传感器的工作原理一、介绍互感式传感器是一种常见的传感器类型，它通过感应到外部磁场的变化来测量某种物理量。
本文将详细探讨互感式传感器的工作原理及其应用。
二、互感式传感器的基本原理互感式传感器是基于互感现象工作的。
互感现象是指当电流通过一个线圈时，会在相邻的另一个线圈中产生感应电动势。
传感器中有两个线圈，一个线圈称为驱动线圈，另一个线圈称为接收线圈。
当外部磁场的变化作用于传感器时，驱动线圈中的电流也会相应改变，进而产生感应电动势在接收线圈中。
三、互感式传感器的结构互感式传感器通常由铁芯、驱动线圈、接收线圈和信号处理电路组成。
铁芯用于增强传感器对外部磁场的感应能力，驱动线圈产生磁场，接收线圈用来接收感应电动势，信号处理电路用来处理接收到的信号并输出。
3.1 铁芯铁芯是互感式传感器中重要的结构部分。
它由磁性材料制成，可以增强传感器的磁感应强度，从而提高传感器的灵敏度和准确性。
3.2 驱动线圈驱动线圈是产生磁感应强度的部分。
它通过通电产生磁场，这个磁场会对外部磁场产生相应的影响。
3.3 接收线圈接收线圈是感应到外部磁场变化的部分。
当外部磁场变化时，接收线圈中会产生感应电动势。
3.4 信号处理电路信号处理电路用来处理接收到的感应电动势信号。
它可以放大信号、去除噪声并输出一个稳定的电压或电流信号。
四、互感式传感器的应用互感式传感器具有广泛的应用领域，下面列举一些常见的应用。
4.1 位移测量互感式传感器可以通过测量外部磁场的变化来实现位移测量。
当物体发生位移时，位于互感式传感器附近的磁场也会发生变化，从而产生感应电动势。
通过测量感应电动势的大小可以确定位移的大小。
4.2 接近开关互感式传感器可以用作接近开关。
当物体靠近传感器时，外部磁场会对传感器产生影响，从而改变传感器中的感应电动势。
通过监测感应电动势的变化，可以实现物体的接近检测。
4.3 流量测量互感式传感器可以用于测量液体或气体的流量。
通过将传感器安装在流体管道中，当流体通过时，会对传感器产生磁场的影响。
互感式传感器的工作原理
互感式传感器的工作原理
互感式传感器是一种将物理量转换为电信号的传感器，其工作原理基
于电磁感应定律。
它由两个线圈组成，一个被称为主线圈，另一个被
称为次级线圈。
主线圈中通以交流电源，产生一个变化的磁场。
当物
理量改变时，会影响到主线圈中的磁场强度和方向，从而引起次级线
圈中的电动势发生变化。
具体来说，在互感式传感器中，主线圈和次级线圈之间通过磁芯相连。
当主线圈通以交流电源时，在磁芯内部形成一个变化的磁场。
此时，
如果有物理量作用于传感器上，则会影响到这个磁场的强度和方向。
当物理量改变时，如力、压力、温度等，会使得磁芯内部的磁场发生
变化。
这种变化会导致次级线圈中产生电动势，并随着物理量的改变
而改变。
因此，通过测量次级线圈中产生的电动势大小和方向就可以
获得物理量信息。
互感式传感器常用于测量压力、温度、位移等物理量。
在实际应用中，为了提高传感器的测量精度和稳定性，通常会采用一些补偿技术和校
准方法。
总之，互感式传感器是一种基于电磁感应原理的传感器，通过测量次
级线圈中产生的电动势来获得物理量信息。
其简单、可靠、灵敏度高等特点，使其在工业自动化、仪表仪器等领域得到广泛应用。
互感式传感器
1
2
及互感式传感器的线圈骨架固定，
而将衔铁的A端与被测振动体相连。
当被测体带动衔铁以x(t)运动时，
互感式传感器的输出电压也按相
同规律变化。
1
A
Δx(t )
图3.16 互感式加速度传感器的 示意图
传感检测技术基础
传感检测技术基础
互感式传感器
1.1 螺线管式互感传感器
1．工作原理
5
1
螺线管式互感传感器结构
如图3.13所示，它是由初级线
圈、两个次级线圈和插入线圈
4
2
中央的圆柱形铁心等组成。其
பைடு நூலகம்
中1是活动衔铁；2是导磁外壳；
3
3是骨架；4是匝数为W1 的初级
绕组；5是匝数为W2a的次级绕
6
组；6是匝数为W2b的次级绕组。
图 3.13 螺线管式互感传感器结构图
2．基本特性
螺线管式互感 传感器等效电路图 如图3.14所示，当 次级开路时有也按 相同规律变化。
I1
r1
U1
jL1
图3.14 螺线管互感传感器等效电路
1.2 互感式传感器的应用
图3.16所示为互感式加速度传感器 B 的示意图。它由臂梁1和互感式传
感器2构成。测量时，将臂梁底座
互感式电感传感器的概念
互感式电感传感器的概念互感式电感传感器是一种常用的电感传感器，它通过测量电感元件中的互感现象来检测物理量的变化。
互感是指当一个线圈中的电流发生变化时，会在另一个靠近的线圈中感应出电动势。
互感式电感传感器由主要由线圈、铁芯和信号处理电路组成。
线圈是互感式电感传感器的核心部件，它是由绕制在绝缘材料上的导线组成的。
铁芯是互感式电感传感器中的辅助部件，它用来增强线圈的磁场。
信号处理电路负责将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，并进行信号放大和滤波等处理。
互感式电感传感器的工作原理是基于电磁感应定律的。
当线圈中的电流发生变化时，会产生一个变化的磁场。
这个变化的磁场会穿过靠近的线圈，导致靠近线圈中的电流发生变化，从而产生电动势。
根据电磁感应定律，这个电动势的大小与线圈中的电流变化率成正比。
互感式电感传感器常用于测量非电气量，如温度、压力、位移等。
以温度为例，当被测温度发生变化时，互感式电感传感器中的线圈会受到温度变化的影响，导致线圈中的电流发生变化。
这个电流变化会产生一个变化的磁场，从而在靠近线圈的另一个线圈中感应出电动势。
通过测量这个电动势的大小，就可以得到被测温度的值。
互感式电感传感器具有很多优点。
首先，它的结构简单、体积小、重量轻，便于安装和使用。
其次，互感式电感传感器的输出信号是非接触式的，不受测试介质的性质和状态的限制，具有良好的稳定性和可靠性。
此外，互感式电感传感器对外界干扰的抗干扰能力较强，可靠性高。
最后，互感式电感传感器的响应速度较快，可以实现快速准确的测量。
然而，互感式电感传感器也存在一些局限性。
首先，互感式电感传感器通常需要外部电源供电，为了保证其测量精度，需要对电源进行稳定的调整。
其次，互感式电感传感器的输出信号是模拟信号，需要经过后续的模数转换和信号处理才能被接收和分析。
此外，互感式电感传感器的测量范围通常较窄，对被测量物理量的线性度要求较高。
总的来说，互感式电感传感器是一种常用的电感传感器，具有结构简单、体积小、重量轻、稳定可靠和响应速度快等优点。
新型互感传感器技术研究进展
新型互感传感器技术研究进展随着科技的不断进步，各种新型传感技术不断涌现，互感传感技术也是其中之一。
互感传感技术是一种将物理量转换为电信号的技术，它是电力系统、机械制造、轨道交通、医疗设备等领域中不可或缺的重要技术手段之一。
本文将从技术原理、应用领域、研究进展等方面介绍互感传感器技术的最新研究进展。
一、技术原理互感传感器采用电磁感应原理来测量电流的强弱。
当通过一根导线的电流发生变化时，就会在附近产生交变磁场，而互感传感器是通过线圈的互感作用检测这个交变磁场的。
互感传感器的传感原理实际上是通过物理量来改变线圈感应磁通量，从而产生电势差来实现电流传测量。
二、应用领域互感传感器技术被广泛应用于电力系统中，如电流互感器、变压器互感器、断路器互感器等。
在机械制造中，互感传感技术主要用于非接触式测量，如旋转测量、位移测量、速度测量等。
同时，在轨道交通领域，互感传感技术也被广泛应用于高速列车线路的监测。
在医疗设备中，互感传感器技术用于实现医疗设备的身体参数测量，如心电图、肌电图、脑电图等。
此外，互感传感技术还被应用于空气质量监测、土壤水分检测、水质检测等领域。
三、研究进展随着物联网技术的发展，互感传感器的应用领域将会更加广泛。
在互联网和互联网物联网技术的支持下，互感传感器将有更广泛的应用领域和更加细致精确的数据测量。
在这个基础上，近年来，互感传感器技术也取得了许多重要的研究成果。
首先，目前互感传感器技术中引入了数字信号处理技术，可以在传感器内部进行信号处理，提高信号处理的性能和参数的测量准确性。
其次，目前普遍采用纳米技术和MEMS技术，制造互感传感器，大大提高了互感传感器的精度和灵敏度，使其可以测量到微弱的电信号。
此外，一些新型材料和结构的互感传感器研究也取得了一定的成果。
总之，互感传感器技术在电力、机械、医疗、环保等领域中有着广泛的应用。
同时，随着科技的不断进步，互感传感器技术也在不断创新和完善中。
未来，互感传感器技术将会继续在各个领域中发挥着重要作用，为我们的生活带来更多的便利和贡献。
互感型电感传感器
三、光栅数字传感器
1、工作原理
光栅是在透明的玻璃上，均匀 地刻出许多明暗相间的条纹， 或在金属镜面上均匀地刻化出 许多间隔相等的条纹，通常线 条和间隙和宽度是相等的。 测量装置中由标尺光栅和指示 光栅组成，两者的光刻密度相 同，但体长相差很多。
把指示光栅平行地放在标尺光栅上面，并且使它们的刻线 相互倾斜一个很小的角度，这时在指示光栅上就出现几条 较粗的明暗条纹，称为莫尔条纹。它们是沿着与光栅条纹 几乎成垂直的方向排列。
超声波传感器结构
CCD图像传感器
低频透射式涡流传感器：发射线圈ω1和接收线圈ω2分别置于被测金属 板材料G的上、下方。当低频(音频范围)电压e1加感应电动势e2， 且e2随材料厚度h的增加按负指数规律减少。
2、互感型电感传感器
差动变压器式电感传感器：传感器由线圈、铁芯和活动衔铁三部分组成。 当初级线圈输入交流激励电压时，次级线圈将产生感应电动势e1和e2。 传感器的输出电压为两者之差，即ey=e1-e2。ev的大小随活动衔铁的 位置而变。当活动衔铁位置居中时，e1=e2，ey=0；当活动衔铁向上移 时，即e1>e2，ey>0;当活动衔铁向下移时，e1<e2，ey<0。活动衔铁 的位置往复变化，其输出电压也随之变化。
电容传感器为电桥的一部分。由电容变化转换为电桥的电压输 出，经放大、相敏检波、滤波后，再推动显示、记录仪器。
2）谐振电路
电容传感器的电容作为谐振回路调谐电容的一部分。谐振回路通过 电感藕合，从稳定的高频振荡器取得振荡电压。当传感器电容发生 变化时，谐振回路的阻抗将发生相应的变化，而这个变化被转换为 电压或电流，再经过放大、检波即可得到相应的输出。
第五章 传感器与检测系统
本章的学习内容：
互感式传感器测量原理
互感式传感器测量原理互感式传感器是一种常用于测量和监测物理量的传感器。
它利用互感现象来实现测量原理。
互感现象是指当两个线圈靠近时，其中一个线圈的电流变化会导致另一个线圈中的电流发生变化。
互感式传感器的基本结构由两个线圈组成，一个称为主线圈，另一个称为辅助线圈。
主线圈中通入待测物理量所产生的电流，而辅助线圈则用来测量这个电流的变化。
主线圈和辅助线圈之间通过磁场相互耦合，当主线圈中的电流发生变化时，会在辅助线圈中感应出电动势。
互感式传感器的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。
根据法拉第电磁感应定律，当一个线圈中的磁通量发生变化时，会在另一个线圈中感应出电动势。
互感式传感器利用这一原理，通过测量辅助线圈中感应出的电动势来间接测量主线圈中的电流变化。
互感式传感器的测量原理可以通过以下步骤来解释。
首先，主线圈中通过待测物理量产生的电流会产生一个磁场。
这个磁场会传导到辅助线圈中，并在辅助线圈中感应出电动势。
然后，通过测量辅助线圈中的电动势，可以得到主线圈中电流的变化情况。
根据测得的电动势和已知的线圈参数，可以计算出主线圈中的电流值。
互感式传感器的测量原理具有一定的优势。
首先，它具有较高的灵敏度和精度，能够实现对微小电流变化的测量。
其次，互感式传感器的结构简单、体积小，适用于各种应用场景。
此外，它具有较好的线性特性和频率响应特性，能够满足不同领域的测量需求。
互感式传感器在许多领域都得到了广泛的应用。
例如，在工业自动化领域，互感式传感器可以用来测量电流、位移、压力等物理量。
在医疗领域，它可以用来监测心电图信号、血压等生理参数。
在环境监测领域，互感式传感器可以用来监测温度、湿度、光照强度等环境参数。
互感式传感器是一种基于互感现象的传感器，利用互感现象来实现对物理量的测量和监测。
它通过测量辅助线圈中感应出的电动势来间接测量主线圈中的电流变化。
互感式传感器具有灵敏度高、精度高、结构简单、体积小等优点，广泛应用于各个领域。
互感型电流传感器工作原理
互感型电流传感器工作原理一、引言互感型电流传感器是一种常用的电流测量设备，广泛应用于电力系统、工业自动化、电力仪表等领域。
本文将从工作原理的角度，详细介绍互感型电流传感器的原理和特点。
二、互感型电流传感器的基本原理互感型电流传感器通过电磁感应原理来实现电流的测量。
它由两部分组成：一部分是主线圈，通常绕在被测电流的导线上；另一部分是副线圈，由铁芯和绕组构成。
当被测电流通过主线圈时，根据电磁感应原理，会在副线圈中产生感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与主线圈中的电流成正比。
三、互感型电流传感器的工作过程互感型电流传感器的工作过程可以分为以下几个步骤：1. 被测电流通过主线圈，产生磁场。
2. 磁场穿过铁芯，感应副线圈中的电动势。
3. 通过副线圈中的电动势，可以得到被测电流的大小。
四、互感型电流传感器的特点1. 非接触式测量：互感型电流传感器无需直接接触被测电流，避免了电路干扰和安全隐患。
2. 高精度：互感型电流传感器采用精密的线圈和铁芯设计，能够实现较高的测量精度。
3. 宽量程：互感型电流传感器具有较大的量程范围，可以适应不同电流大小的测量需求。
4. 耐受高电流冲击：互感型电流传感器通常采用高质量的绝缘材料和结构设计，能够耐受较大的电流冲击，提高了设备的可靠性和稳定性。
5. 低功耗：互感型电流传感器的工作原理简单，不需要额外的电源供电，功耗较低。
6. 体积小巧：互感型电流传感器采用紧凑的结构设计，体积小巧，便于安装和布线。
五、互感型电流传感器的应用领域互感型电流传感器广泛应用于以下领域：1. 电力系统：用于电力系统中的电流测量和保护装置。
2. 工业自动化：用于工业生产中的电流监测和控制。
3. 电力仪表：用于电能表、电流表等电力仪表的测量。
六、总结互感型电流传感器是一种基于电磁感应原理的电流测量设备，具有非接触式测量、高精度、宽量程、耐受高电流冲击、低功耗、体积小巧等特点。
它在电力系统、工业自动化、电力仪表等领域有着广泛的应用。
互感式压力传感器工作原理
互感式压力传感器工作原理
互感式压力传感器通常由一对线圈组成，其中一个被称为激励线圈，另一个被称为测量线圈。
激励线圈通常连接到一个交流电源，而测量线圈则作为一个感应器。
当激励线圈通过交流电流时，会产生一个变化的磁场。
当被测对象施加压力时，它会改变感应线圈中的电感。
这是因为外部压力会引起感应线圈附近的磁场发生变化，从而改变了感应线圈的磁通量。
由于电感和磁通量之间存在线性关系，所以外部压力的变化会导致感应线圈电感的变化。
这个变化可以通过测量线圈产生的电压来检测。
测量线圈位于感应线圈附近，当感应线圈中的电感发生变化时，测量线圈中也会感应出一个电压。
这个电压与感应线圈中的电感变化成正比。
最后，测量线圈中的电压被放大并处理以产生一个可供读取的压力信号。
这个信号可以通过一些计算或者数值处理技术来转换成实际的压力值。
总而言之，互感式压力传感器的工作原理是通过测量线圈中感应到的电感变化来检测外部压力变化，并将其转换为可供读取的压力信号。
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故i４＞ i３，流经RL的电流为 i０= i４－ i３ ＞０
-
U1 0
e1 + -
e2
+
T1
D1
R
R
D2
D3 R
R D4
RL
-
u1
+
T2
负半周时
i1
R
u2 RL
i１= i２
i1
i2
i2
R
u1 RL
i０= i１－ i２ =０
②当衔铁在零位以上时，Ｕ１与Ｕ２同频同相。
+
U1 0
e1 +
e2
-
T1
D1
R
R
D2
D3 R
R D4
RL
+
u1
+
U 2
u2
-
T2
正半周时
i4
i4
u1e2 R RL
i3
i3
u2 e2 R RL
Ｕ０
ＵＺ
x 0
Ｕ０
ＵＺ
x
0
零点残余电压的大小是判别传感器质量的重要标志
之一 。因为如果零点残余电压过大，会使灵敏度下降，
非线性误差增大。所以，在制造传感器时，要规定其
零点残余电压不得超过某一定值。
例如某自感测微仪的传感器，经200倍放大后，在放大 器末级测量，零点残余电压不得超过80mv 。
仪器在使用过程中，若有迹象表明传感器的零点残余电压 太大，就要进行调整。
补偿零点残余电压的电路
3.2.3测量电路
• 能辨别移动方向 • 消除零点残余电压 • （1）差动整流电路 • （2）相敏检波电路 •
• 1 差动整流电路
整流原理:把差动变压器的两个次级输 出电压分别整流, 然后将整流的电压
或电流的差值作为输出。
电阻R0用于调整零点残余电压。
整流器件:二极管及由 它们组成的电桥。
②高次谐波 由于导磁材料(铁心)磁化曲线(B-H特性)的非线性 、
磁滞损耗和两线圈磁路的不对称，造成两线圈中某些高 次谐波成分不一样，不能互相抵消
激励电流波形失真，其内含高次谐波分量
消除零点残余电压方法：P68
1．从设计和工艺上保证结构对称性 力求做到磁路对称，线圈对称，线圈绕制要均匀。铁
芯材料要均匀，要经过热处理去除机械应力和改善磁性。
3.2 互感式传感器---差动变压器 3.2.1 互感式传感器的结构与工作原理
差动变压器结构形式：变隙式、变面积式和螺线管 式等。目前多采用螺管型差动变压器。
21 3
4
螺管型差动变压器 1 初级线圈;2.3次级线圈;4衔铁
21 3
工作原理类似于变压器。初、
次级绕组的耦合能随衔铁的移动
而变化，即绕组间的互感随被测 4 位移的改变而变化。
铁 芯U24 在 零U68 位 以 U2
铁U24
t
芯
在 U68
t
零 位 U2
t t
上
t
t
铁芯U24 在零U68
t
位
t
以U2
下
t
（2）半波电压输出
a b
c d
衔铁上移 衔铁下移
正半周二极管均导通 Eab Ecd 负半周二极管截止。U2 0 正半周二极管均导通 Eab Ecd 负半周二极管截止。U2 0
U1 0
T1
D1
R
R
D2
D3 R
R D4
RL
+
u1
u2
U 2
T2
正半周时:
i4
i3
i4
u1 R RL
i3
R
u2 RL
u1= u２
i３= i４位如,i果则０存可=在以i４零通-点过i３电调=０
节F,点,使IO为0
U1 0
T1
D1
R
R
D2
D3 R
R D4
RL
u- 1
+
u-2
U 2
（1）全波电压输出
U2=U24- U68
衔铁上移 Eab Ecd
衔铁下移 Eab Ecd
U24 U68 U2 0 U24 U68 U2 0
U2=U24- U68
衔铁上移 衔铁下移
Eab Ecd Eab Ecd
U24 U68 U2 0 U24 U68 U2 0
U2 0 U2 0
2． 二级管相敏检波电路
参考电压Ｕ２和差动变压器的输出电压Ｕ１同频，经过 移相器使Ｕ２和Ｕ１保持同相或反相，且满足Ｕ２＞＞Ｕ１
e1
U 差动变压器
的输出电压 1
e2
T1
D1
R
R
D2
D3 R
R D4
RL
u1
U 2 参考电压
u2
T2
① 当衔铁在中间位置时，Ｕ１=0,只有Ｕ２起作用。
零点残余电压波形
U
Ui
(a)残余电压的波形
UZ t
(b)波形分析
UZ
1
2
34
5 t
1 基波正交分量 2 基波同相分量 3 二次谐波4 三次谐波5 电磁干扰
零点残余电压产生原因P68：
①基波分量 两个二次测量线圈的等效参数（电感、电阻）不对
称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调 整磁芯位置时，不能达到幅值和相位同时相同。
压器输出电压为
差动变压器的等效电路
e2 e21 e22 j M1 M 2
e1
R1 jL1
LM1e,1121,初R,间M1级初1的分线级互别圈线感为激圈初励电级电感与压和次电级阻线圈
LR2211,,LR2222两两个个次次级级线线原理:电磁感应
x(位移、流量、振动） L（M(互自感感) ）U（I）
初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原 边，而次级线圈由结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串 接而成，且以差动方式输出，相当于变压器的副边。所以 又把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称 为差动变压器。
差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、
R21
磁滞损耗和分布电容等影响）时的等效电路：
当次级开路时，初级绕组的交流电流为：
I1
R1
e1
jL1
～
R1 I1
次级绕组的感应电动势为：
e1
M1 ～ e21
L21 L1
e2 R22
e21 jM1I1
e22
jM
2
I1
U i
L22 M2 ～ e22
由于次级绕组反向串接，故差动变
1、激励电压幅值与频率的影响
2、温度变化的影响
周围环境温度的变化，引起线圈及导磁体磁导率的变 化，从而使线圈磁场发生变化产生温度漂移。因此，采用 差动电桥可以减少温度的影响。
e2
e21
e22
jM1
M2
R1
e1
jL1
3、零点残余电压
定义：把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余 电压。（x＝0， U0＝UZ≠0)
2．选用合适的测量线路 相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移动方向，而且把衔
铁在中间位置时的零点残余电压消除掉。
3．采用补偿线路 在差动变压器次级绕组侧串、并联适当数值的电阻、
电容元件，当调整这些元件时，可使零点残存电压减小。 补偿原理：改变二次侧线圈的阻抗，使两二次输出电
压的大小和相位改变，使零点电压最小。