自感型电感式传感器
3电感式_自感式传感器解析
1 2
l 2 x
r
δ
3
2ra
1
变间隙型、变面积型
图4-1 变间隙型电感传感器
1-线圈 2-铁芯 3-衔铁
图4-4 螺管型电感传感器
1-线圈 2-衔铁
螺管型
一、工作原理（变间隙型）
传感器由线圈、铁心和衔铁组成。 铁芯衔铁用高导磁率的金属制成，二者之 间由空隙δ 隔开。工作时衔铁与被测物体 连接，被测物体的位移将引起空气隙的长 度发生变化。由于气隙磁阻的变化，导致 了线圈电感量的变化。线圈的电感可用下
当衔铁上移，上部线圈阻抗增大，Z1=Z+△Z，则下部线圈阻抗减少， Z2=Z-△Z。如果输入交流电压为正半周，设A点电位为正，B点电位为负， 二极管V1、V4导通，V2、V3截止。在A-E-C-B支路中，C点电位由于Z1增大 而比平衡时的C点电位降低；
而在A-F-D-B支中中，D点电位由于Z2的降低而比平衡时D点的电位 增高，所以D点电位高于C点电位，直流电压表正向偏转。
四、转换电路
1、调幅电路
调幅电路一般为交流电桥，是主要的测量电路，它的作用是 将线圈电感的变化转换成电桥电路的电压或电流输出。 前面已提到差动式结构可以提高灵敏度，改善线性，所以交 流电桥也多采用双臂工作形式。通常将传感器作为电桥的两个工 作臂，电桥的平衡臂可以是纯电阻，也可以是变压器的二次侧绕 组或紧耦合电感线圈。
当衔铁上移时：L2 L0
0
有下式：
L2 ( )2 ( )3 ...... L0 0 0 0
忽略高次非线性项Δ L与L0和Δ δ 成线性关系。同时由 于Δ L1与Δ L2不等，故在测量范围较小时，测量精度才高， 故此类适于小位移测量。
第四章电感式传感器第一节自感式传感器
（2）变压器电桥
电桥的两个平衡臂为变压器的两个副边。电 桥的输出与前面交流电桥类似。
１、工作原理 气隙型电感传感器由线圈、铁芯和衔铁
组成，工作时，气隙厚度δ随衔铁运动而变
化，引起磁阻变化（故又称为磁阻式传感 器），从而导致电感变化而在线圈中产生感 应电动势。
线圈电感为：
式中，N 为线圈匝数； 为R m磁、工作原理
假设气隙磁场是均匀的，在忽略磁路铁损后， 磁路的总磁阻为:
式中， 为铁芯磁路总长， 为衔铁磁路总长，
δ为气隙厚度，
分别为铁芯、衔铁、真空磁导率， 分别为铁芯、衔铁、气隙的截面积。
一、变磁阻式电感传感器
１、工作原理
将总磁阻代入电感公式，得
由于
,则上式可简化为：
由公式可知，电感 L 是气隙截面积 A 和长 度δ 的函数。由此可制成两种类型的传感器：
变气隙型和变截面型。
第四章 电感式传感器
§4-1 自感式传感器 §4-2 差动变压器式传感器 §4-3 电涡流式传感器
第四章 电感式传感器
概述
【能量变换】属能量控制型传感器
第四章 电感式传感器
概述
【原理】是利用线圈自感和互感来实现非电量 的电测。
【用途】检测位移、振动、压力、应变、流量 和比重等
【类型】自感式、互感式和电涡流式。 【特点】结构简单、分辩率高、输出信号强、
１、单线圈型工作原理
（1）螺管内未插入铁芯时，螺管线圈的电感为
式中 r —— 螺管半径； l —— 螺管圈长度。
二、螺管型电感传感器
１、单线圈型工作原理
（2）当铁芯插入长度 lx 等于线圈长度 l 时，
线圈电感为:
二、螺管型电感传感器
传感器与检测技术3电感式位移传感器
4
29
（二）互感式传感器—差动变压器
❖ 1.互感式传感器的结构与工作原理 ❖ 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）时的等效电路：
30
（二）互感式传感器—差动变压器
❖ 1.互感式传感器的结构与工作原理 ❖ 当衔铁移向次级绕组N1一边，互感M1增大，M2减
小，因而次级绕组N1内的感应电动势大于次级绕 组N2内的感应电动势，这时差动变压器输出电动 势不为零。在传感器的量程内，衔铁位移越大， 差动输出电动势就越大。
0
2 0
0
0
1
线圈 铁芯
δ Δδ
8
（一）自感式传感器
❖1.自感式传感器的工作原理
❖ 变气隙式自感传感器的输出特性
L 1
SN 2 0 2 0
0
0
1
L
0 0
衔铁
L 1
/ 0
L 1 /
0
0
0
线圈 铁芯
δ Δδ
9
（一）自感式传感器
❖1.自感式传感器的工作原理
❖ 变气隙式自感传感器的输出特性
❖ 2. 原理消除零点残余电压方法： ❖ （1）从设计和工艺上保证结构对称性 ❖ 为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加
工精度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构。 其次，应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的 导磁材料。并应经过热处理，消除残余应力，以 提高磁性能的均匀性和稳定性。由高次谐波产生 的因素可知，磁路工作点应选在磁化曲线的线性 段。
20
（一）自感式传感器
❖1.自感式传感器的工作原理
❖ 三种类型比较： ❖ 气隙型自感传感器灵敏度高，它的主要缺点是非
自感型电感式传感器及其应用
自感型电感式传感器及其应用摘要随着信息时代的到来，信息技术对社会发展、科学进步起到了决定性的作用。
信息技术的基础包括信息采集、信息传输与信息处理，而信息的采集离不开传感器技术。
近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。
作为新型传感器的一种——变磁阻式传感器，对其深入研究也就更加愈加重要。
本文磁阻式传感器的基本概念入手，着重讨论了电感式、变压器式和电涡流式三种传感器的工作原理、输出特性、测量电路及其在生活中的实际应用。
旨在帮助我们利用传感器知识更好的改善生活，提高生活质量，从而促进社会进步。
关键词：变磁阻式传感器；电感式；变压器式；电涡流式；原理；应用AbstractWith the advent of the information age, information technology played a decisive role on social development, scientific progress. The foundation of information technology includes information collection, information transmission and information processing, and information collection cannot ignore the sensor technology. In recent years, the sensor is in the stage of development from traditional to new. Magnetic resistance sensor as a kind of new type of sensor, the research of it is becoming more and more important. This paper started with the basic concept of magnetic resistance sensor, and discussed the inductive, transformer and the eddy current type of the sensor's working principle, output characteristics, measurement circuit and the actual application in the life. Using sensors aimed at helping us improve life, also to promote social progress.Keywords：Magnetic Resistance Sensor; Inductive; Transformer; Eddy Current Type; Working Principle Application1.自感式电感传感器1.1自感式电感传感器定义自感式电感传感器，利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的传感器。
3检测技术-电感式传感器
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
第4章 电感式传感器
3
(d) 五节式
图4.12 差动变压器线圈各种排列形式 1 一次线圈；2 二次线圈；3 衔铁
三节式的零点电位较小，二节式比三节式灵敏度高、线性范 围大，四节式和五节式改善了传感器线性度。
2.2 工作原理
以三节式差动变压器为例，将两个匝数相等的次级绕组的 同名端反向串联，当初级绕组W1加以激磁电压时，根据变压器 的作用原理在两个次级绕组W2a和W2b中就会产生感应电势，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，输出电压为零。
U1 U 2 j ( M 1 M 2 ) R1 jL1 其有效值为： (M1 M 2 )U1 U2 R12 (L1 ) 2
.
E 21 jM 1 I.1 . E 22 jM 2 I1
.
.
R1
M1
.
． U1 ～ M2
L21 L22 R22
U2
． ～ E22
(c)、(d) 螺线管式差动变压器
(e)、(f) 变面积式差动变压器
二次绕组
二次绕组 衔铁
一次绕组
图4.11 螺线管式差动变压器的结构示意图
螺管型差动变压器根据初、次级排列不同有二节式、三节 式、四节式和五节式等形式。 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2
2
(a) 二节式
3
(b) 三节式
2
II. 变面积型灵敏度较小，但线性较好，量程较大； III.螺管型灵敏度较低，但量程大且结构简单。
1.4 差动式自感传感器
由于线圈中通有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电 池吸力，会引起振动和附加误差，而且非线性误差较大。 外界的干扰、电源电压频率的变化、温度的变化都会 使输出产生误差。
自感式电感传感器
1.1.4 差动式电感传感器
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。下图是变间隙型、变面积型及螺管型三种类型 的差动结构。
l 23
l
3
4 3
4
4 l2
a)
b)
c)
图4.1.5 差动式电感传感器 a) 变间隙型 b) 变面积型 c) 螺管型
LL
b) 变压器式电桥
c) 紧耦合电感臂电桥
1.2.1 电阻平衡臂电桥
电 阻 平 衡 臂 电 桥 如 上 图 a 所 示 ， 工 作 时 ， Z1=Z+△Z 和 Z2=Z—△Z，当ZL→∞时，电桥的输出电压为
.
.
U0
Z1
.
U
R1
.
U
Z1 2R R(Z1
Z
2
)
.
U
U
Z
Z1 Z2 R1 R2
Rm
l1
1 A
l2
2 A
2 0 A
因此：
L N2 Rm
l1
N2
l2 2
1 A 2 A 0 A
线圈的电感值可近似地表示为
L N 20 A 2
因此，其灵敏度随气隙的增大而减小。
1.1.2 变面积型电感传感器
铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变化
面改变，导致线圈的电感量发生变化，这种形式称
之为变面积型电感传感器，见图1.2。L与δ是非线
性的，但与A成正比，特性曲线参见图1.ห้องสมุดไป่ตู้。
2
1
L
3
δ
L=f(A)
图4.1.2 变面积型电感传感器
1-衔铁 2-铁芯 3-线圈
第3章 电感式传感器
应用示例
图3.11为测气体压力的传感器原理图。
附图1
图3.12为压差传感器的原理结构示意图。
3 4
附图1为位移传感器的外形图。
2 6 7 p
5
附图2为压力传感器的原理图。
1
附图2
1-弹簧管 2-螺钉 3、7-铁芯 4、6-线圈 5-衔铁
第3 章 电感式传感器
电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互
感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来
实现测量的。因此根据转换原理，电感式传感器可以分为 自感式和互感式两大类。
电感式传感器
自感型
闭磁路型 开磁路型 差动变压器
互感型
涡流式
本章内容：
3.1 自感式传感 器互感式传感器 3.2
IW Rm
I----线圈中流过的电流；
φ----穿过线圈的磁通，其值为：
(3.2)
其中磁路磁阻Rm按下式计算：
li 2l0 Rm 0 S0 i 1 i S i
n
(3.3)
式中：
l i、S i 、 µ i ----分别为铁芯和衔铁磁路上第 i 段的长度、截面积
及磁导率；
l 0、S 0 、 µ 0 ----分别为磁路上空气隙的长度、等效截面积及空气
2 4 3
骨架；4是匝数为W1 的初级绕组；5是
匝数为W2a的次级绕组；6是匝数为W2b 的次级绕组。
6
图 3.13 螺线管式互感传感器结构图
工作原理：
互感传感器中两个次级线圈反向串接，其等效电路如图所示。 当初级绕组加以激励电压时，在 两个次级绕组中便会产生感应电动势 E2a和E2b。当活动衔铁处于中心位置 时，两互感系数M1=M2。因两个次级
第3章 电感式传感器-11.26
传 感 器 技 术 • 及 应 用 • 第 3 章 电 感 式 传 感 器
当传感器的衔铁处于中间位置，即 Z1=Z2=Z时，有U0=0，电桥平衡。 当传感器衔铁上移时，即Z1=Z+Δ Z， Z2=Z−Δ Z，此时
Z U L U Uo Z 2 L 2
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
感 器
传 感 器 技 术 及 应 用
• 在实际使用中，常采用两个相同的传感器线圈
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
（b） （c） 图3-4 差动式电感传感器 （a）变气隙型；（b）变面积型；（c）螺管型 1—线圈；2—铁芯；3—衔铁；4—导杆 （a）
传 感 器 技 术 及 应 用 • 第 3 章
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
图3-7 滚柱直径自动分选装置图 1—气缸 2—活塞 3—推杆 4—被测滚柱 5—落料管 6—电感测微器 7—钨钢测头 8—限位挡板 9—电磁翻板 10—容器（料斗）
传 感 电感式滚柱直径分选装置（外形） 器 技 （参考中原量仪股份有限公司资料） 术 及 滑道 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
线圈中电感量为:
W L I I
• 式中：ψ ——线圈总磁链；I ——通过线圈 的电流；W——线圈的匝数； ——穿过线圈 电 的磁通。 感
式 传 感 器
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
IW Rm
l1 l2 2 Rm 1S1 2 S2 0 S0
分选仓位
轴承滚子外形
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
自感式传感器
R C L Z
图中，L为线圈的自感，R为折合有功电阻的总电阻，C为
并联寄生电容。 上图的等效线圈阻抗为
j ( R jL) C Z j R jL C
将上式有理化并应用品质因数Q=ωL/R，可得
2 LC 2 jL 1 LC 2 Q R Z 2 2 2 2 LC LC 2 2 2 2 (1 LC ) (1 LC ) Q Q
电感式圆度仪原理图 1-被测工件；2-精密主轴： 3-传感器；4 -工作台
4、电感式传感器测液位
此变面积自感传感器自感L为
N 2 0 N2 L A K A 2d 2d 0 A
变面积式自感传感器在忽略气隙磁通边缘效 应的条件下，输入与输出呈线性关系；因此可望 得到较大的线性范围。 但是与变气隙式自感传感器相比，其灵敏度 降低。 灵敏度
N 2 0 dL k0 K dA 2d
电势el，这种现象称之为自感。产生的感应电势称为自感电势。 传感器的结构如下图所示。它由线圈、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，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。
图 变间隙型自感传感器 1—线圈 2—铁心 3—衔铁
根据对电感的定义，线圈中电感量可由下式确定：
• 缺点：
• 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。 这种传感器能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。
自感式传感器
一、 工作原理 与结构
M. Faraday 电磁感应定律(1831年)：当一个线圈中电流i变化
自感式电感传感器的工作原理
自感式电感传感器的工作原理自感式电感传感器是一种常见的传感元件，具有广泛的应用领域。
它主要通过电感的变化来感知环境的物理量或电气信号，并将信号转化为可供其他电路或系统使用的电信号。
本文将介绍自感式电感传感器的工作原理及其应用。
自感式电感传感器由线圈和铁芯组成。
线圈上有一定的匝数，当电流通过时，会产生磁场。
这个磁场的强弱与线圈的电流成正比。
当外部物理量或电气信号改变时，线圈的电流或电压也会改变，从而影响磁场的强度。
这种改变可以通过测量磁场的变化来感知外部物理量或电气信号。
具体来说，当自感式电感传感器与外界物理量或电气信号有耦合时，会引起线圈中的电感变化。
这种变化可以通过测量线圈中电流的变化来获取。
例如，当自感式电感传感器被放置在一个变化的磁场中时，线圈中的电感将随磁场变化而变化，进而导致线圈中的电流变化。
通过测量线圈中电流的大小或变化，可以得到与磁场强度相关的信息。
自感式电感传感器还可以应用于电气信号的检测。
当自感式电感传感器与电气信号耦合时，线圈中的电感也会发生变化。
通过测量线圈中的电感变化，可以得到与电气信号强度相关的信息。
这种应用广泛应用于电源管理、电子系统监控和无线通信等领域。
自感式电感传感器的工作原理基于电磁感应定律和电感变化的原理。
根据电磁感应定律，当线圈中有变化的外磁场时，会在线圈中产生感应电动势。
这个感应电动势的大小与磁场的变化速率成正比。
因此，通过测量线圈中的感应电动势或电流的变化，可以间接地获取外部物理量或电气信号的信息。
在实际应用中，自感式电感传感器可以采用不同的工作方式。
例如，可以通过改变线圈的参数如匝数、线径等来调节传感器的灵敏度。
还可以利用激励信号和检测信号实现传感器的工作。
激励信号可以是交流信号或脉冲信号，用于激发线圈中的电流。
检测信号则用于测量线圈中的电流或感应电动势的变化。
总之，自感式电感传感器是一种基于电感变化原理的传感器。
它通过感知线圈中的电流或感应电动势的变化来获取外部物理量或电气信号的信息。
传感器原理及工程应用(第五版)电感式传感器
电感式传感器
3
图4-1 自感式传感器结构原理图
电感式传感器
4
根据对电感的定义，线圈中的电感量可由下式确定：
式中：Ψ——线圈总磁链； I——通过线圈的电流； W——线圈的匝数； Φ——穿过线圈的磁通。
由磁路欧姆定律，得
(4-1)
式中，Rm为磁路总磁阻。
(4-2)
电感式传感器
5
对于变隙式传感器，因为气隙很小，所以可以认为气隙 中的磁场是均匀的。若忽略磁路磁损，则磁路总磁阻为
式中：μ1——铁芯材料的导磁率； μ2——衔铁材料的导磁率； l1——磁通通过铁芯的长度； l2——磁通通过衔铁的长度； A1——铁芯的截面积； A2——衔铁的截面积； μ0——空气的导磁率； A0——气隙的截面积； δ——气隙的厚度。
(4-3)
电感式传感器
6
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即
电感式传感器
18
螺线管式电感传感器与前两种电感传感器相比较，变气
隙式灵敏度最高，螺线管式灵敏度最低。变气隙式非线性严
重，为了限制非线性，示值范围只能较小，它的自由行程受
铁芯限制，制造装配困难。变面积式和螺线管式的优点是具
有较好的线性，因而示值范围可取大些，自由行程可根据需
要，制造装配也较方便，螺线管式批量生产中的互换性好。
电感式传感器
27
将
ΔL
2L0
Δ 0
代入式(4-20)得
电桥输出电压与Δδ成正比关系。 图4-8所示电路为变压器式交流电桥测量电路，电桥两
臂Z1、Z2分别为传感器两线圈的阻抗，另外两桥臂分别为 电源变压器的两次级线圈，其阻抗为次级线圈总阻抗的一半。 当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压为
自感式传感器工作原理
自感式传感器工作原理
自感式传感器是一种基于自感效应的传感器，工作原理如下：
当自感式传感器通以交流电时，在传感器的线圈中会产生一个变化的磁场。
当接近物体或被测参数发生变化时，物体或参数的电流会导致线圈中的磁场发生改变。
这种磁场的改变会诱导出一电动势，通过检测电动势的变化来确定物体的位置、速度或其他参数。
具体来说，自感式传感器包含一个线圈和一个可变的磁场源。
当线圈通以交流电时，磁场源会产生一个交变的磁场。
当物体或参数接近线圈时，它们会改变磁场的分布，进而改变线圈内的自感。
自感的变化会诱导出一个电动势，通过测量这个电动势的大小和变化，可以确定物体的位置、速度或其他参数的值。
对于不同的应用，自感式传感器的结构可能有所不同。
例如，接近开关就是一种常见的自感式传感器，它使用一个线圈和一个可变的磁场源来检测物体是否接近。
当物体接近时，线圈中的自感会发生变化，从而触发开关。
总结来说，自感式传感器通过检测线圈内自感的变化来确定物体的位置、速度或其他参数的值。
通过合理设计线圈和磁场源的结构，可以实现对不同参数的测量和检测。
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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。
3）运算放大器电路
前面已经叙述到，变极距型电容式传感器的极距变化与电容变化 量成非线性关系。这一缺点使电容式传感器的应用受到了一定的 限制。采用比例运算放大器电路，可以使输出电压约与位移的关 系转换为线性关系。如图所示，反馈回路中的Cx为极距变化型电 容式传感器的输入电路，采用固定电容C0，u0为稳定的工作电压。 由于放大器的高输入阻抗和高增益特性，比例器的运算关系为
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加到线圈ω1的两端后， 所产生磁力线的一部分透过金属板材料G，使线圈ω2产生感应电动势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。
如果将δ固定，变化 空气隙导磁截面积 S0时，自感L与S0 呈线性关系
双螺管线圈差动型，较之单 螺管线圈型有较高灵敏度及 线性，被用于电感测微计上， 其测量范围为0～300μm， 最小分辨力为0.5μm。
2）电涡流式电感传感器
高频反射式涡流传感器：高频(>1MHz)激励电流，产生的高频磁场作 用于金属板的表面，在金属板表面将形成涡电流。 若只改变距离δ而保持其他系数不变，则可将位移的变化转换为线圈 自感的变化。
5.2 位移传感器
一、电感式位移传感器
电感式传感器是基于电磁感应原理，将被测物理量转 换为电感量的变化。 1、自感型电感式传感器 可变磁阻式电感传感器、电涡流式传感器
2、互感型电感传感器
1、自感型电感式传感器
1）可变磁阻式电感传感器
自感L可表示为：
灵敏度：
可变磁阻式传感器的典型结构：可变导磁面积型、差动型、单螺管线圈 型、双螺管线圈差动型。
当给滑尺的正余弦绕组同时加励磁电压，则在定尺上感应的总电动势为：
二、电容式位移传感器
电容式传感器是将被测物理量的位移转换为电容量的变 化，再通过配套的测量电路，将电容的变化转换为电信 号输出。
0 s C
式中： ε0——真空的介电常数； s ——极板的遮盖面积； ε——极板间相对介电系数； δ——两平行极板间的距离。
1、极距变化型电容式传感器
如果两极板相互覆盖面积及极间介质不变，当两极板 在被测参数作用下发生位移，引起电容量的变化为：
温度传感器
压力传感器
角位移传感器
扭矩传感器
位移传感器
按传感器工作的物理原理分为：电阻式、电感式、电容式、 光电式等等。
电感式位移传感器
压电式加速度传感器
光纤式位移传感器
激光位移传感器
超声波位移传感器传感器
二、传感器的特性
1、静态响应特性
当被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输出－输入特性。 包括：非线性度、迟滞、灵敏度、精度、分辨力、测量范围、死区。
其灵敏度为：
dC 0 r 2 K 常数 da 2
3、介质变化型电容式传感器的变换原理
这种传感器大多用于测量电介质的厚度(图a)、位移(图b)、液位 (图c)，还可根据极板间介质的介电常数随温度、湿度、容量改 变而改变来测量温度、湿度、容量(图d)等。
4、电容式传感器的测量电路
1）电桥电路
0 s dC 2 d
传感器的灵敏度为：
K
s dC C 02 d
2、Байду номын сангаас积变化型电容式传感器
动板与定板之间相互覆盖的面积引起电容量变化。当覆盖面积 对应的中心角为a、极板半径为r时，覆盖面积为：
0 ar 2 C 2
电容量为：
ar 2 S 2
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：
5.1 传感器的分类及特性 5.2 位移传感器 5.3 速度传感器 5.4 加速度传感器 5.5 力、压力和扭矩传感器 5.6 位置传感器
5.1传感器的分类及特性
一、机械量传感器分类
传感器通常是非电物理量转换为与之有确定对应关系 的电量输出的器件或装置。
按被测物理量分为：位移传感器、速度传感器、加速度传 感、力传感器、温度传感器等。
非线性度
迟滞
灵敏度
2、 动态特性 动态特性反映了被测量快速变化的性能，可以利用 系统的传递函数、频率响应来描述。
1）时域指标
•调整时间 •峰值时间 •最大超调量
•振荡次数
•延迟时间 •上升时间
2）频域指标 可以用幅频特性和相频特性描述
两种典型的输入响应：
二阶系统的脉冲输入和响应
二阶系统的阶跃输入和响应
B ab
bc W sin( / 2)
2、测量系统
光栅移动时产生的莫尔条纹明暗信号可用光电元件接受，如图中 的是四块光电池，光电池产生的信号，相位彼此差90º ，对这些 信号进行适当的处理后，即可变成光栅位移量的测量脉冲。
四、感应同步器
感应同步器是一种应用电磁感应原理来测量位移的高精度检测元件，有 直线式和圆盘式两类。