☆变磁阻式传感器
电感式传感器PPT课件
2
LC
2LC
Q2
(1
2LC)2
2LC Q
2
(4-17)
第4章 电感式传感器
当Q>>ω2LC且Ω2lc<<1
Z
R
(1 2LC)2
;
令
L'
L
(1 2LC)2
则
Z R' jL'
从以上分析可以看出，并联电容的存在，使有效串联损耗电阻及 有效电感增加，而有效Q值减小，在有效阻抗不大的情况下，它 会使灵敏度有所提高，从而引起传感器性能的变化。因此在测量 中若更换连接电缆线的长度，在激励频率较高时则应对传感器的 灵敏度重新进行校准。
为了使输出特性能得到有效改善，构成差动的两个变隙 式电感传感器在结构尺寸、材料、电气参数等方面均应完全 一致。
第4章 电感式传感器 图4-3 差动变隙式电感传感器
第4章 电感式传感器 4.1.3 测量电路
电感式传感器的测量电路有交流电桥、变压器式交流电桥 以及谐振式等。
1.
从电路角度看，电感式传感器的线圈并非是纯电感，该电 感由有功分量和无功分量两部分组成。有功分量包括：线圈线 绕电阻和涡流损耗电阻及磁滞损耗电阻，这些都可折合成为有 功电阻，其总电阻可用R来表示；无功分量包含：线圈的自感L, 绕线间分布电容，为简便起见可视为集中参数，用C来表示。 于是可得到电感式传感器的等效电路如图4-4所示。
其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动， 使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化。 即一个电感量增大，一个电感量减小。电感的这种变化通 过电桥电路转换成电压输出，所以只要用检测仪表测量出 输出电压，即可得知被测压力的大小。
第4章 电感式传感器 4.1.5
电磁感应定律在磁阻变传感中的应用
电磁感应定律在磁阻变传感中的应用随着科技的发展，电磁感应定律被广泛应用在各个领域。
而其中一个重要的应用就是磁阻变传感。
磁阻变传感作为一种高精度、高灵敏的传感技术，正在逐渐替代传统的电位器、光电编码器等传感器。
那么，什么是磁阻变传感？为什么它需要用到电磁感应定律呢？一、什么是磁阻变传感？磁阻变传感技术是一种基于磁阻效应制作的磁阻传感器。
磁阻效应是一种磁引力作用在某些材料上形成的电阻率和磁场强度呈线性关系的现象。
磁阻变传感器利用这种现象来检测磁场的强度或者位置。
二、磁阻变传感器的工作原理磁阻变传感器由两个磁敏电阻条构成，这两个电阻条常被称为桥臂，它们通过一定的方式组合成一个电桥。
当受测磁场作用于两个电阻条时，电桥会产生电压信号。
这个信号会随着磁场的变化而变化，通过对这个信号的处理，我们就可以计算出磁场的强度或者位置。
三、磁阻变传感器的特点1.高灵敏：磁阻变传感器的灵敏度很高，可以检测到极微小的磁场变化。
2.高精度：磁阻变传感器的精度非常高，可以达到0.1%的精度。
3.稳定性好：磁阻变传感器有很好的稳定性，不会受到外部干扰的影响。
4.可靠性高：磁阻变传感器的寿命长，可靠性高，不易损坏。
四、电磁感应定律在磁阻变传感中的应用磁阻变传感器是基于磁阻效应制作的一种传感器，它利用了电磁感应定律来产生电压信号。
电磁感应定律是指：“当一导体内发生磁通量的变化时，在导体两端就会产生电磁感应电动势”。
在磁阻变传感器中，磁场的变化会改变两个桥臂内的磁阻值，从而导致电桥的不平衡。
根据电磁感应定律，电桥不平衡会导致电流的产生，而这个电流就是磁阻变传感器的输出信号。
五、磁阻变传感器的应用领域磁阻变传感器广泛应用于机械、电子、化工、医疗、汽车等行业中。
它可以用于测量电机、转子、轴承、行程、压力、力矩等物理量。
下面给出几个具体的应用场景：1.轴承故障检测：磁阻变传感器可以用于检测轴承的工作状态，及时发现轴承的故障，避免机械故障的发生。
差动变压器式传感器的用途-2022年学习资料
第4章电感式传感器-通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即-4+1-2δ-R-28-4S142S2-4S0 >>-4-3-HoSo-MS-26-m-4-5-4-4-IW-L=-W中-w2-W24S0-4-6
第4章电感式传感器-w2-L=-W24S0-Rm-26-当线圈匝数W=常数时→电感L仅仅是-磁路中磁阻Rm 函数，改变δ或S,均可导致-电感变化，因此变磁阻式传感器又可分为-变气隙厚度δ的传感器-变气隙面积S的传感 。-目前使用最广泛的是变气隙厚度式电-感传感器。
第4章电感式传感器-△L=L0-当衔铁往上移动△δ-4-10-时→差动传感器-1+-可-增-电感的总变化量 AL=Lo-△6-46-4-11-Z1=Z+△Z1,Z2=Z-△Z2-△Z1+△Z2-减-AS-≈jw△L △L2-1-△6-4-12-△L-△L+△L2,具体-△L=△L+AL2=2L0-】-4-21-对上式进行 性处理，即忽略高次项得-4-22
第4章由成式出式婴-L=Lo+AL=-W-LoSo-26-Aδ-1--△8-当△δ<1时，将上式用台劳级数 开成如下的级数形式：-4-9-L=L+△L=L1+-由上式可求得电感增量△L和相对增量△LL的表达式，即-10-△6-4-11
第4章电感式传感器-同理，当衔铁随被测体的初始位-置向下移动（气隙增大）△时，-△L=L-△6-δo-AL Lo--0-△L△6-1+-△δ-△8-4-12-4-13-对式（4-11、4-13作线性处理，即忽略高次 后，-可得-4-14
第4章电感式传感器-灵敏度为-△L-Ko-△δ-4-15-变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛 -→适用于测量微小位移的场合。为了减小非线性误差，实际测-量中广泛采用差动变隙式电感传感器。
电感式传感器(1)(2)
20
差动变气隙式自感传感器
利用两只完全对称的单个电感传感器共用一个活动衔铁， 这样可构成差动式电感传感器。
若设衔铁下移：
N2S
L 0
1 2( ) 0
L
N2S 0
2 2( )
0
L 1
L 1
0
0
0
2
0
3
......
L 2
L 1
0
0
0
2
0
3
......
21
总的电感变化为：
式中：μ1 、μ2——分别为铁芯材料、衔铁材料的导磁率； l1 、l2——分别为磁通通过铁芯、通过衔铁的长度； S1 、S2——分别为铁芯、衔铁的截面积； μ0——空气的导磁率； S0——气隙的截面积； δ——气隙的厚度。
11
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即
则式（5-3）可写为
Rm
l1
1S1
6
5.1.1 工作原理
变磁阻式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。
铁芯和衔铁由导磁材料（如硅钢片或坡莫合金）制成；
其结构如图所示。
1 线圈
l1
L
S1
2铁芯
W
1—线 圈 ；
l2
2—铁 芯 (定 铁 芯 )；
3—衔 铁 (动 铁 芯 )
S2
3 衔铁
±
7
1
l1
L
S1
2
W
1—线 圈 ；
l2
2—铁 芯 (定 铁 芯 )；
非电量测量中, 应用最多的是螺线管式差动变压器, 它 可以测量1～100mm范围内的机械位移, 并具有测量精度 高, 灵敏度高, 结构简单, 性能可靠等优点。
第03章 变磁阻式传感器
而变，就可测得温度的变化。上述原理可
用来测量液体、气体介质温度或金属材料 的表面温度，适合于低温到常温的测量。
1-补偿线圈；2-管架；3-测量线圈；4-隔热衬垫；5-温度敏感元件
34
感应式接近开关 Inductive Proximity sensors
35
Structure 1. A coil on a ferrite core 2. An oscillator 3. A trigger-signal level detector 4. An output circuit.
2l Rm 0 r S 0S l
自感：磁链与回路电流的比值
U A I 1 2
W W L I I Rm W 2 0 S L l l r
2
3
L与l 成非线性关系。
5
变磁阻式传感器简介 变磁阻式传感器是将被测量转换成电感或互感变化的传感器。 按其转换方式的不同，可分为 •自感型 •互感型
(2)材料的电阻率温度系数引起线圈铜阻的变化；
(3)磁性材料磁导率温度系数、绕组绝缘材料的介质温度系 数和线圈几何尺寸变化引起线圈电感量及寄生电容的改变 等造成。
18
§3.3 互感式传感器 互感式传感器（Liner Variable Differential Transformer ） 简称LVDT 是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器。 初、次级间的互感随衔铁移动而变，且两个次级绕组按差动 方式工作，因此又称为差动变压器。
31
§3.3 电涡流式传感器 三.电涡流式传感器的应用 1.测位移
液位监控系统
32
§3.3 电涡流式传感器 2.测厚度 板厚d＝D－（x+x2）。
变磁阻传感器工作原理
变磁阻传感器工作原理小伙伴们！今天咱们来唠唠变磁阻传感器这个超有趣的东西。
变磁阻传感器啊，就像是一个超级灵敏的小侦探，专门对磁阻的变化特别敏感呢。
那啥是磁阻呀？简单来说，磁阻就像是磁路中的小阻碍。
你可以想象成磁通量在磁路里走的时候，就像我们人在小路上走，如果路上有石头啊、树枝啥的，就会走得不太顺畅，磁通量也是这样，磁阻就是那些让它走得不顺畅的因素。
变磁阻传感器的核心部件呢，一般是有个铁芯之类的东西。
这个铁芯就像是磁通量的小窝，磁通量喜欢在它周围穿梭。
当有一些外界的情况发生变化的时候，比如说有个金属物体靠近了这个传感器。
哇塞，这时候就像平静的小池塘里丢进了一颗小石子，磁路就开始有变化啦。
金属物体它本身对磁场就会有影响呀，它可能会让磁通量改变自己的路径，就好像原本在大路上走得好好的磁通量，突然发现旁边开了一条小岔路，有一部分磁通量就会跑到这条新的岔路上去了。
这种磁通量的变化呢，就会让磁阻发生改变。
就像我们刚刚说的小路上的阻碍突然变多或者变少了。
那这个变化怎么被传感器知道呢？这时候啊，传感器里面还有一些小电路在发挥作用呢。
这些小电路就像是一群小耳朵，它们特别擅长听磁阻变化的消息。
当磁阻一变化，电路里的一些电学量，比如说电流或者电压就会跟着变化啦。
你看啊，这就像是一个连锁反应。
金属物体靠近导致磁路变化，磁路变化让磁阻改变，磁阻改变又让电路里的电学量变化。
然后呢，我们就可以通过检测这个电学量的变化，知道原来是有东西靠近了传感器。
是不是很神奇呀？而且哦，变磁阻传感器的应用超级广泛呢。
在汽车里，它就像一个小卫士。
比如说在检测汽车的速度的时候，车轮上可能会有一些小部件和变磁阻传感器配合。
车轮一转，就会有金属部件的位置变化，这就引起磁阻变化，然后就能知道车轮转得多快，进而算出汽车的速度啦。
在工业生产线上，它也特别厉害。
可以用来检测那些金属零件的位置或者有没有缺陷。
如果一个金属零件的形状或者材质有问题，它靠近传感器的时候，产生的磁阻变化就会和正常的不一样。
变磁阻式感器-PPT精选文档
10
思则罔 思而不学则殆
初始电感量为
Sw2
L
L0
0
2
0
衔铁下移 ,0 L
Sw 2 Sw 2
LLL0 20
0
2
0
0
20S0w2 20201
L 0
0
L 1
L 0
第一节 电感式传感器
变磁阻式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。 铁芯和衔铁由导磁材料制成。
在铁芯和衔铁之间有气隙，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。
一、简单电 感传感器
被测非电量 电磁 自感系数L 测量 U、I、f 感应 互感系数M 电路
变磁阻式传感器
电感式传感器 变压器式传感器 电涡流式传感器
定义：是一种利用线圈自感和互感的变化实现非 电量电测的装置。
感测量：位移、振动、压力、应变、流量、比重 等。
种类：根据转换原理：分自感式、互感式、电涡 流式三种； 根据结构型式：分气隙型、面积型和螺管 型。
U s
U o
1—铁芯；
3 L2
Ro
2—线圈；
3—衔铁
2 1
图4-3 差动变隙式电感传感器
2019/6/1
持续更新●▂●欢迎收藏 学而不
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思则罔 思而不学则殆
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。
可变磁阻式车速传感器原理
可变磁阻式车速传感器原理
可变磁阻式车速传感器原理是利用线圈自感量的变化来实现测量的。
可变磁阻式传感器由线圈、铁芯和衔铁组成，其可以用于测量位移和尺寸，也可以测量能够转换为位移量的其他参数力、张力、压力、压差、应变、转短、速度和加速度。
磁阻式转速传感器的特点如下：
灵敏度高。
磁阻式转速传感器能够非常灵敏地感应外界磁场变化，并将其转化为电信号输出，测量精度较高。
响应速度快。
由于磁阻效应的特性，磁阻式转速传感器的响应速度非常快，能够实时监测外界磁场变化以及被测物理量的变化。
传感器原理及应用-第4章-4.1变磁阻式电感传感器
§4.1 变磁阻式电感传感器
一、变磁阻式传感器工作原理
变磁阻式传感器即自感式电感传感器：
利用线圈自感量的变化来实现测量的。
铁芯
传感器结构：线圈、铁芯和衔铁三部
线圈
分组成。
工作原理：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 衔铁 有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分
与衔铁相连。当被测量变化时，使衔铁产生
3
差动变
2 截面式
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
§4.1 变磁阻式电感传感器
六、自感式传感器的等效电路
L U L2
~
I
C
U
Z1
2
A
U 2
Z2
U 0
D
B
U o
Z2 Z1 Z1 Z2
U 2
Z Z
U 2
L U L2
当衔铁上下移动相同距 离时，电桥输出电压大小相 等而相位相反。
§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
§4.1 变磁阻式电感传感器
五、差动式自感传感器
三种基本类型： 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。
44
3
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。
传感器技术 第5章 变磁阻式传感器
U
sc
U sr 4
j
R 0 j L 0 ( 2 L 0 0 )
U sr
j L 0 ( R 0 j L 0 )
2 0 ( R 0 j L 0 )( R 0 j L 0 )
U sr 2
j R0
0
L0 0
1 ( R0 )2
L0
U sr 2
j 1
0
Q 0
1
1 Q2
(5.10)
0
0
0
0
0
同理, 如衔铁向下移动Δδ时, 传感器气隙将增
大, 即为δ=δ0+Δδ, 电感量的变化量为
相对变化量L为L0LL00
LL 0 0 ( 0)2( 0)3
第5章 变磁阻式传感器
由(5.6)式和(5.7)式可以看出, 当忽略高次项时, ΔL 才与Δδ成比例关系。 当然, Δδ/δ0 越小, 高次项迅速减小, 非线性可得到改善。 然而, 这又会使传感器的量程变小。 所以, 对输出特性线性度的要求和对测量范围的要求是 相互矛盾的, 一般对变气隙长度的传感器, 取 Δδ/δ0=0.1~0.2。
当衔铁偏离中间位置向上或向下移动时, 两边气隙 不等, 两只电感线圈的电感量一增一减, 电桥失去平衡。 电桥输出电压的幅值大小与衔铁移动量的大小成比例, 其相位则与衔铁移动方向有关。 假定向上移动时输出 电压的相位为正, 而向下移动时相位将反向180°为负。 因此, 如果测量出电压的大小和相位, 就能决定衔铁位 移量的大小和方向。
第5章 变磁阻式传感器
差动变压器有多种结构形式。 图5.3(a)的Π形结构, 衔铁为平板形, 灵敏度较高, 但测量范围较窄, 一般用于 测量几微米到几百微米的机械位移。 图5.3(b)是衔铁为 圆柱形的螺管形差动变压器, 可测一毫米至上百毫米的 位移。 此外还有衔铁旋转的用来测量转角的差动变压 器, 通常可测到几角秒的微小角位移。
传感器与检测技术复习客观题
一、判断题1.传感器的传感元件通常情况下直接感受被测量；√2.对于所有的二阶传感器，总是希望其固有频率越高越好；×3.一般情况下，设计弹性敏感元件时，假设提高灵敏度，那么会使其线性变差、固有频率提高；×4.应变片的基长越长，那么应变片的动态特性越好；×5.变磁阻式电感传感器属于互感型的电感传感器；×6.压电式传感器不能测量恒定不变的信号；√7.惯性式振幅计，在设计时尽量使其固有频率低。
√8.传感器的重复性误差是属于系统误差；×9.传感器的敏感元件通常情况下不直接感受被测量；×10.传感器实现波形测试不失真的条件是：传感器的幅频特性和相频特性均是常数；×11.传感器弹性敏感元件的固有频率越高，那么传感器的灵敏度越低，线性度越差；×12.应变式传感器采用半桥连接时，假设供桥电源波动的误差为2%，那么由此引起的电桥信号输出波动的误差为1% 。
×13.压电片采用并联连接后，更适合于测量快速变化的信号；×14.圆柱形弹性元件受力产生的应变大小及圆柱的长度无关；√15.驱动电缆法实际上是一种等电位屏蔽法；√16.差动变压器采用差动整流电路后，次级电压的相位和零点剩余电压都不必考虑；√17.希望压电传感器的电阻率高，介电常数小；×18.半导体光吸收型光纤温度传感器是属于传光型光纤传感器；√19.传感器的动态灵敏度就是传感器静态特性曲线的斜率；×20.按照能量关系分类传感器可分为构造型传感器和物性型传感器；×21.激波管产生激波压力的恒定时间越长，那么可标定的下限频率越低；√22.压阻效应中由于几何形状改变引起的电阻变化很小；√23.光导摄像管是一种固态图像传感器；×24.热释电型红外传感器必须进展调制。
√25.传感器的幅频特性为常数，那么传感器进展信号的波形测量时就不会失真。
变磁阻式传感器的工作原理
变磁阻式传感器的工作原理
嘿，咱就说说这变磁阻式传感器啥工作原理哈。
哎呀呀，这变磁阻式传感器听起来挺高深，其实也不难理解啦。
你想啊，这变磁阻式传感器就像个小侦探，专门探测磁场的变化呢。
它里面有个线圈，还有个铁芯啥的。
这线圈就像个小弹簧，铁芯就像个小铁棍。
当有磁场变化的时候，这个铁芯就会受到影响。
比如说，磁场变强了，铁芯就会被吸进去一点；磁场变弱了，铁芯就会弹出来一点。
哇，这就像有个小磁铁在拉着铁芯一样。
这个铁芯的移动呢，就会让线圈的电感发生变化。
电感是啥呢？哎呀，咱也别管那么多，反正就是线圈的一种特性啦。
电感变化了，就会产生电流或者电压的变化。
这就像咱拉弹簧的时候，弹簧会有不同的长度，这个长度的变化就会引起别的东西的变化。
然后呢，这个电流或者电压的变化就可以被测量出来啦。
通过测量这个变化，咱就能知道磁场的变化情况。
就像咱看温度计，通过温度计上的刻度变化，咱就能知道温度的变化。
比如说，要是有个东西靠近这个传感器，它的磁场就会影响传感器里面的磁场。
这时候，传感器就会感受到这个变化，然后把这个变化变成电信号传出来。
哇，这就像有个小间谍在报告情况一样。
而且啊，变磁阻式传感器还可以很灵敏呢。
只要磁场有一点点变化，它就能察觉到。
就像咱的耳朵很灵，能听到很小的声音一样。
哎呀，这变磁阻式传感器的工作原理虽然有点复杂，但其实也不难嘛。
有了它，咱就能探测到很多磁场的变化，可方便啦。
《传感器原理与检测技术》期末复习题及答案
《传感器原理与检测技术》期末复习题及答案一、单项选择题（每题3分，共21分）1、电感式传感器的常用测量电路不包括（ C ）。
A. 交流电桥B. 变压器式交流电桥C. 脉冲宽度调制电路D. 谐振式测量电路2、电感式传感器采用变压器式交流电桥测量电路时，下列说法不正确的是（ C ）。
A. 衔铁上、下移动时，输出电压相位相反B. 衔铁上、下移动时，输出电压随衔铁的位移而变化C. 根据输出的指示可以判断位移的方向D. 当衔铁位于中间位置时，电桥处于平衡状态3、对于差动变压器，采用交流电压表测量输出电压时，下列说法正确的是（ D ）。
A. 既能反映衔铁位移的大小，也能反映位移的方向B. 既能反映衔铁位移的大小，也能消除零点残余电压C. 既不能反映位移的大小，也不能反映位移的方向D. 既不能反映位移的方向，也不能消除零点残余电压4、当变隙式电容传感器的两极板极间的初始距离d0增加时，将引起传感器的（ D ）A．灵敏度K0增加 B．灵敏度K0不变C．非线性误差增加 D．非线性误差减小5、当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（ B ）。
A．灵敏度会增加 B．灵敏度会减小C．非线性误差增加 D．非线性误差不变6、用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（ C ）。
A．变间隙式 B．变面积式C．变介电常数式 D．空气介质变间隙式7、下列不属于电容式传感器测量电路的是（ D ）A．调频测量电路 B．运算放大器电路C．脉冲宽度调制电路 D．相敏检波电路二、填空题（34分）1、电感式传感器是建立在电磁感应基础上的，电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的自感系数或互感系数的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。
2、螺线管式差动变压器传感器在活动衔铁位于中间位置时，输出电压应该为零。
实际不为零，称它为零点残余误差。
3、与差动变压器传感器配用的测量电路中，常用的有两种：差动整流电路电路和相敏检波电路。
第2-3章 电感式传感器
W2b 的互感Mb 相等，致使两个次级绕组的互感电势相等，即
e2a=e2b 。由于次级绕组反相串联，因此，差动变压器输出电压 . Uo=e2a-e2b=0。 当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁的位置将发生相 应 的 变 化 ， 使 δa≠δb ， 互 感 Ma≠Mb ， 两 次 级 绕 组 的 互 感 电 势 . e2a≠e2b，输出电压Uo=e2a-e2b≠0，即差动变压器有电压输出， 此 电压的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。
则式（2-3-3）可写为
（2-3-4）
2 Rm 0 A0
（2-3-5）
联立式（2-3-1）、 式（2-3-2）及式（2-3-5）， 可得
W 2 W 2 0 A0 L Rm 2
（2-3-6）
W 2 W 2 0 A0 L Rm 2
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A0 均可导致电感变化，
1
差动变隙式电感传感器
衔铁上移Δδ：两个线圈的电感变化量ΔL1 、ΔL2 分别由
式（2-3-10）及式（2-3-12）表示， 差动传感器电感的
总变化量ΔL=ΔL1+ΔL2, 具体表达式为
L L1 L2 2 L0 1 0 0
对上式进行线性处理, 即忽略高次项得
当衔铁下移时：
U0 U
0
2. 变压器式交流电桥
C ＋ U 2 － ＋ U －2 D
U
Z1 ＋ U － A
Z2
o
B
变压器式交流电桥
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1/2阻抗。 当负载阻抗为无穷大时， 桥
《传感器与检测技术》课件——第3章 变磁阻式传感器
图3.15 等效电路
图3.16 等效电路
3.3.1 电涡流传感器的工作原理 金属导体被置于变化着的磁场中，或在磁场中运动，导体内就会产生感应电流，该感应电流被称为电涡流或涡流，这种现象被称为涡流效应。 一般地，线圈电感量的变化与导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数、激励电流频率，以及线圈与被测导体之间的距离有关。如果控制上述参数中的一个参数改变，而其余参数恒定不变，则电感量就成为此参数的单值函数。如只改变线圈与金属导体间的距离，则电感量的变化即可反映出这二者之间的距离大小变化。
图3.22 调频式测量电路
图3.23 电桥法原理图
3.4 变磁阻式传感器的应用
3.4.1 自感式传感器的应用 1．压力测量 2．位移测量
图3.26 差动变压器式加速度传感器原理图
1—罩壳；2—差动变压器；3—插头；4—膜盒；5—接头；6—衔铁 图3.27 差动变压器式压力传感器原理图
3.4.3 电涡流式传感器的应用 1．测位移
图3.29 主轴轴向位移测量原理图
图3.29 主轴轴向位移测量原理图
图3.11 变间隙式
3.2.3 测量电路 1．差动整流电路 图3.12所示为典型的差动全波整流电压输出电路。这种电路把差动变压器的两个次级输出电压分别全波整流，然后将整流电压的差值作为输出，电阻R0用于调整零点残余电压。 图3.13所示为差动全波整流电压输出波形。
图3.18 高频反射式电涡流传感器
图3.19 低频透射式电涡流传感器
3.3.3 测量电路 1．载波频率改变的调幅调频式 测量电路由3个部分组成：电容三点式振荡器、检波器和射极跟随器。
图3.20 调频调幅式测量电路
2．调频式测量电路 3．电桥电路
第3章 变磁阻式传感器
图3.4 电阻平衡臂电桥电路
图3.5 变压器式交流电桥测量电路
3．调幅电路 当传感器线圈电 量变化时，谐振曲线 将左右移动，工作点 就在同一频率的纵坐 标直线上移动（如移 至B点），于是输出 电压的幅值就发生相 应的变化。 4．调频电路 调频电路的基本 原理是传感器电感L 变化将引起输出电压 频率的变化。
第3章 变磁阻式传感器
当 u2 与 u0 同处于负半周时， VD1 、 VD4 导通， VD2 、 VD3 截止，同样有两 条电流通路，等效电路如图3.16所示。电流通路1为 u01 →RL→ u21 → u21 →A→R→VD1→C→ u01 电流通路2为 u02 →D→R→VD4→A→ u21 → u21→RL→ u02
波形。
图3.12 差动整流电路图
第3章 变磁阻式传感器
图3.13 差动整流波形
2．相敏检波电路
图3.14 二极管相敏检波电路
u0处于正半周时，VD2、VD3导通，VD1、VD4截止，形成两条电流 通路，等效电路如图3.15所示。电流通路1为 u01 →C→VD2→B→ u22 → u22 →RL→ u01 电流通路2为 u u u02 u →RL→ 22 → 22 →B→VD3→D→ 02
交变磁场的频率f 越高，电涡流的渗透深度就越浅， 趋肤效应越严重。可以利用趋肤效应来控制非电量的 检测深度。
第3章 变磁阻式传感器
圆形导线中的电缆电流趋肤效应示意图
a）直流电流时的均匀分布 b）中频电流时中心部位电密度减小 c）高频电流时，电流线趋向表面分布
第3章 变磁阻式传感器
YD9800系列电涡流位移传感器特性
图3.24 变间隙式差动电 感压力传感器
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1、活动衔铁处于初始平 衡位置时，U2=E2a-E2b=0, 即差动变压器输出电压为零； 2、当E2a、E2b随着衔铁 位移x变化时，U2也必将随x 变化。U2=E2a-E2b≠0
12
自动检测 技术与仪表
差动变压器输出电压特性曲线
13
二、基本特性
I 1 U 1 r1 jL1
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器工作可靠，寿命长；
灵敏度高分辩力大：能测出0.01μm甚至更小的机械位
移变化，能感受小至0.1″的微小角度变化。传感器的输 出信号强，电压灵敏度一般每一毫米可达数百毫伏， 因此有利于信号的传输与放大；
重复性好线性度优良：在一定位移范围（最小几十微
米，最大达数十甚至数百毫米）内，输出特性的线性 度好，并且比较稳定，高精度的变磁阻式传感器，非 线性误差仅0.1%。
、
气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻 ：
L
Rm
2 0 S0
可得
2
Rm
w 0 S0 2
2
L f1 变气隙型传感器 L f 2 S 变截面型传感器
4
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二、电感式传感器输出特性
当衔铁处于初始位置时，初始电感量为
W 2 0 s0 L0 2 0
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三、测量电路
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根据电涡流式传感器的工作原理，针对被测参可以转换为线圈电 感、阻抗或Q值的三种参数的变化，测量电路也有三种：谐振电路、 电桥电路与Q值测试电路。 Q值测试电路较少采用，电桥电路在前面已作了较详细的阐述。 本节主要介绍谐振电路。其基本原理是将传感器线圈与电容组成 LC并联谐振回路，谐振频率f=1/(2π )；谐振时回路阻抗最大， LC
当衔铁上移Δδ时，则 有
0
L L0 L
得到
W 2 0 s0 L L0 L 2( 0 )
L0 1
0
5
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当Δδ/δ0 << 1时，
L L0 0
灵敏度为
L / L0 1 k0 0
U2
r12 L1
2MU 1
2
15
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2、零点残余电压及消除方法
零点残余电压的危害：
（1）零点残余电压使传感器输出特性在零点附近的范围内不灵敏，限 制着分辨力的提高。 （2）零点残余电压太大，将使线性度变坏，灵敏度下降，甚至会使放 大器饱和，堵塞有用信号通过，致使仪器不再反映被测量的变化。
差动变压器微压力传感器结构图
30
2.力和力矩的测量
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1－线圈 2－衔铁 3－弹性元件
优点：承受轴向力时应力分布均匀； 当长径比较小时，受横向偏心的分力的影响较小。
31
3.加速度测量
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1 －悬臂梁； 2 －差动变压器
32
4.位移的测量（1）
电涡流式位移传感器
自动检测 技术与仪表
17
（1）差动整流电路
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(a)半波电压输出 (b)全波电压输出 （适用于高阻抗负载）
(c)半波电流输出(d)全波电流输出 （适用于低阻抗负载）
电阻R0用于调整零点残余电压
18
（2）相敏检波电路
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(a)被测位移变化波形图；
相 敏 检 波 电 路 波 形
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2、低频透射式涡流传感器
透射式涡流传感器原理
线圈感应电势与厚度关系曲线
25
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由图可见，f较低时（即t较大），线性较好。 因此f应选择较低的频率（通常用1kHz左右）。同 时，h较小时，t3曲线（f较高）的斜率较大。 因此：测薄板时应选较高的频率， 测厚板时则选较低的频率。
缺点： 存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。
2
第一节 电感式传感器
一、工作原理
W W 2 L I I Rm
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L ——线圈自感量； Ψ——线圈总磁链，单位：韦伯； I——通过线圈的电流，单位：安培； W——线圈的匝数； Rm——磁路总磁阻，单位：1/亨。
a)气隙型
为 Z0 L /( RC ) ，其中 R 为回路等效损耗电阻。
当电感L变化时，f和Z0都随之变化，因此通过测量回路阻抗或谐 振频率即可获得被测值。
目前电涡流式传感器所用的谐振电路有三种类型： 定频调幅式、变频调幅式与调频式。
27
定频调幅式:
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在无被测导体时，由传感器线圈L与电容C构成并联谐振回路，调 谐在与晶体振荡器频率一致的谐振状态，这时回路阻抗最大，回路压降 最大。当传感器接近被测导体时，损耗功率增大，回路失谐，输出电压 相应变小。这样，在一定范围内，输出电压幅值与间隙（位移）成近似 线性关系。由于输出电压的频率f0始终恒定，因此称定频调幅式。
2压力测量
变隙式自感压力传感器结构图
29
变隙差动式电感压力传感器
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传感器与弹性敏感元件（膜片、膜盒和弹簧管等）相结合， 可以组成开环压力传感器和闭环力平衡式压力计
1-接头；2-膜盒； 3-底座；4-线路板； 5-差动变压器线圈； 6-衔铁；7-罩壳； 8-插头；9-通孔
因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。
8
三、测量电路
z2
输出电压 U 0
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Z1
u/2
( Z1 Z 2 ) U
U Z1 Z 2 U 2 Z1 Z 2 2
衔铁偏离中间零点时
u0
u/2
z1
Z1 Z Z , Z2 Z Z Z1 Z Z , Z2 Z Z
3
b)截面型
c)螺管型
L1 L2 2 Rm 1 S1 1 S 2 0 S0
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μ1 、μ2 —— 铁芯材料的导磁率；
L1 S1 L2 —— 磁通通过铁芯的长度； 、 S2 —— 铁芯的截面积； μ0 —— 空气的导磁率； S0 —— 气隙的截面积； δ —— 气隙的厚度。
10
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第二节 差动变压器式传感器
(a)、(b) 变隙式差动变压器
(c)、(d) 螺线管式差动变压器
(e)、(f) 变面积式差动变压器
11
一、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
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35
4.位移的测量（1）
电涡流式位移传感器
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测量尺寸、公差及零件识别
36
4.位移的测量（1）
电涡流式位移传感器
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测量封口机工作间隙
间隙越大， 电涡流越小
7
进行线性处理忽略高次项得
L 2 L0 0
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灵敏度k0为
L / L0 2 k0 0
（1）差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈 式传感器的两倍。 （2）差动式的非线性项等于单线圈非线性项乘以 (Δδ/δ0)因子，因为(Δδ/δ0)<<1，所以，差动式的线性 度得到明显改善。
(b)差动变压器激励电压波形；
(c) 差动变压器输出电压波形；
(d)相敏检波解调电压波形；
(e)相敏检波输出电压波形
20
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第三节 电涡流式传感器
当导体置于交变磁场或在固定磁场中运动时，导体内 引起感应电流，此电流在导体内闭合，称为涡流。
一、基本原理
线圈置于金属导体附近：
线圈中通以高频信号 i1 正弦交变磁场 H1 金属导体内就会产生涡流 涡流产生电磁场 反作用于线圈 ,改变了电感
由上可见，变隙式电感传感器用于测量微 小位移时是比较精确的。
为了减小非线性误差，实际测量中广泛采
用差动变隙式电感传感器。
6
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差动变隙式电感传感器
1-铁芯； 2-线圈； 3-衔铁
当衔铁向上移动时，两个线圈的电感变化量ΔL1、ΔL2
2 4 L L1 L2 2 L0 1 0 0 0
U0
U Z U L 2 Z 2 L U Z U L 2 Z 2 L
交流变压器电路
U0
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U0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。
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第二节 差动变压器式传感器
差动变压器是把被测的非电量变化转换成线圈 互感量的变化。这种传感器是根据变压器的基本原 理制成的，并且次级绕组用差动的形式连接，故称 之为差动变压器式传感器。 1、变隙式 2、变面积式 3、螺线管式
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变磁阻式传感器
变磁阻式传感器是利用线圈电感或互感的改变 来实现非电量电测的。它可以把输入的各种机械物 理量如位移、振动、压力、应变、流量、比重等参 数转换成电能量输出。
1、电感式传感器 2、变压器式传感器 3、电渦流式传感器
1
变磁阻式传感器的特点：
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结构简单：工作中没有活动电接触点，因而，比电位
减小零点残余电压的措施：
（ 1）在设计和工艺上，力求做到磁路对称，线圈对称。铁芯材料要均 匀，要经过热处理去除机械应力和改善磁性。两个二次侧线圈窗口要一致， 两线圈绕制要均匀一致。一次侧线圈绕制也要均匀。