电感式传感器及应用
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• 交流电桥的种类很多，差动形式工作时其电桥电路常采用双 臂工作方式。
17
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1．变压器交流电桥பைடு நூலகம்
• 电桥有两臂为传感器的 差动线圈的阻抗，所以 该电路又称为差动交流 电桥
变压器式交流电桥电路图
分析
18
实用文档
• 设O点为电位参考点，根据电路的基本分析方法 ，可得到电桥输出电压为
U •oU •A BV • A V • B(Z 1Z 1 Z 21 2)U •2
线圈
Rm
磁路的总磁阻可表示为：
δ
Rm
li 2 iSi 0S
衔铁
Δδ
近似计算出线圈的电感量为：
L N 2S0 2
结论
10
实用文档
• 电感式传感器从原理上可分为变气隙长度式和变气 隙截面式两种类型，前者常用于测量直线位移，后 者常用于测量角位移。
• 如果在线圈中放入圆柱形衔铁，当衔铁上下移动时 ，自感量将相应变化，就构成了螺线管型自感传感 器。
4
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优 点
① 结构简单、可靠 ② 分辨率高
机械位移0.1μm，甚至更小；角位移0.1角秒。 输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm 。 ③ 重复性好，线性度优良 在几十μm到数百mm的位移范围内，输出特性的线性度 较好，且比较稳定。 ④ 能实现远距离传输、记录、显示和控制
不足
存在交流零位信号，不宜高频动态测量。
实用文档
原理
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
定义 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。
分类 根据转换原理：自感式（変磁阻式）、互感式（差动变压器式）、 电涡流式。 根据结构形式：气隙型、面积型和螺管型。
30
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1．自感式测厚仪
1—可动铁芯 2—测杆 3—被测物体
2．位移测量
31
实用文档
1—引线 2—线圈 3—衔铁 4—测力弹簧 5—导杆 6—密封罩 7—测头
• 差动式电感传感器对外界 影响，如温度的变化、电 源频率的变化等基本上可 以互相抵消，衔铁承受的 电磁吸力也较小，从而减 小了测量误差。
1—测杆 2—衔铁 3—线圈
特性
15
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1、2—L1、L2的特性 3—差动特性
16
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4.1.2 自感式传感器的测量电路
• 测量电路有交流分压式、交流电桥式和谐振式等多种，常用 的差动式传感器大多采用交流电桥式 。
13
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1．变气隙式（闭磁路式）自感传感器
• 由电感式
L
N 2S0 2
同样可知，变截面式传感
器具有良好的线性度、自由行程大、示值范围宽
，但灵敏度较低，常用来测量较大位移量。
• 为扩大示值范围和减小非线性误差，可采用差动 结构。
14
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2．螺线管式（开磁路式）自感式传感器
• 螺线管式自感式传感器常采用差动式。
铁芯向线圈一个方向移动时的等效电路
结果
25
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在Ui的正半周
Uo VDVC2ZZ01( 1Z)2Ui 2Z0
在Ui的负半周
UoVDVC2 Z Z01( 1Z)2Ui 2 Z Z0Ui 2Z0
26
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• 只要活动铁芯向一方向移动，无论在交流电源的 正半周还是负半周，电桥输出电压均为正值。
27
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（3）活动铁芯向相反方向移动时
• 当活动铁芯向线圈的另一个方向移动时，用上述 分析方法同样可以证明，无论在的正半周还是负 半周，电桥输出电压均为负值。
应用
28
实用文档
1—理想特性曲线 2—实际特性曲线
29
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4.1.3自感式传感器应用举例
• 用于测量位移，还可以用于测量振动、应变、厚 度、压力、流量、液位等非电量。
• 上述变压器式交流电桥中，由于采用交流电源， 则不论活动铁芯向线圈的哪个方向移动，电桥输 出电压总是交流的，即无法判别位移的方向。
• 常采用带相敏整流的交流电桥。
结构
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带相敏整流的交流电桥电路
23
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（1）初始平衡位置时
铁芯处于初始平衡位置时的等效电路
24
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（2）活动铁芯向一边移动时
内容
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• 4.1.1 结构和工作原理 • 4.1.2 自感式传感器的测量电路 • 4.1.3 自感式传感器应用举例
自感式传感器的基本工作原理演示
F
8
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衔铁移动 磁路中气隙磁阻变化
线圈的电感值变化
9
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4.1.1 基本工作原理
由于Nm LI,
Fm
NI,m
Fm Rm
铁芯 可得： L N 2
11
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4.1.1 常见结构形式
1—线圈 2—铁芯 3—衔铁 4—测杆 5—导轨 6—工件 7—转轴
12
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1．变气隙式（闭磁路式）自感传感器
• 由电感式
L
N 2S0 2
可知，变气隙长度式传感
器的线性度差、示值范围窄、自由行程小，但在
小位移下灵敏度很高，常用于小位移的测量。
1—线圈 2—铁芯 3—衔铁
• 当传感器的活动铁芯处于初始平衡位置时，两线 圈的电感相等，阻抗也相等。
• 电桥输出电压，电桥处于平衡状态。
变化时
19
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• 当铁芯向一边移动时，则一个线圈的阻抗增加 ， Z1Z0Z Z2Z0Z
U •o(Z 0 2 Z 0 Z1 2)U •22 Z Z 0U •2
变化后的电压
20
实用文档
• 当传感器线圈为高Q值时，则线圈的电阻远小于
其感抗
• 当活动铁芯向另一边（反方向）移动时
•
L •
Uo 2L0 U2
• 差动式自感传感器采用变压器交流电桥为测量电 路时，电桥输出电压既能反映被测体位移量的大 小，又能反映位移量的方向，且输出电压与电感
变化量呈线性关系。
21
实用文档
2．带相敏整流的交流电桥
1
第4章 电感式传感器及应用
实用文档 2015/10/12
主讲人： 李静
引言
2
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根据法拉第电磁定律，当穿过闭合电路的磁通量 发生变化时，就会产生感应电动势，这种现象称为电 磁感应。利用这种现象可以构成各种各样的传感器。
电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实 现测量的一种装置.
3
电感式传感器
主要章节内容
5
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• 4.1 自感式传感器 • 4.2 差动变压器式传感器 • 4.3 电涡流传感器
6
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4.1 自感式传感器
• 自感式传感器是利用自感量随气隙变化而改变
的原理制成的，主要用来测量位移。
• 自感式传感器主要有闭磁路变隙式和开磁路螺 线管式，它们又都可以分为单线圈式与差动式 两种结构形式。
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1．变压器交流电桥பைடு நூலகம்
• 电桥有两臂为传感器的 差动线圈的阻抗，所以 该电路又称为差动交流 电桥
变压器式交流电桥电路图
分析
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• 设O点为电位参考点，根据电路的基本分析方法 ，可得到电桥输出电压为
U •oU •A BV • A V • B(Z 1Z 1 Z 21 2)U •2
线圈
Rm
磁路的总磁阻可表示为：
δ
Rm
li 2 iSi 0S
衔铁
Δδ
近似计算出线圈的电感量为：
L N 2S0 2
结论
10
实用文档
• 电感式传感器从原理上可分为变气隙长度式和变气 隙截面式两种类型，前者常用于测量直线位移，后 者常用于测量角位移。
• 如果在线圈中放入圆柱形衔铁，当衔铁上下移动时 ，自感量将相应变化，就构成了螺线管型自感传感 器。
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优 点
① 结构简单、可靠 ② 分辨率高
机械位移0.1μm，甚至更小；角位移0.1角秒。 输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm 。 ③ 重复性好，线性度优良 在几十μm到数百mm的位移范围内，输出特性的线性度 较好，且比较稳定。 ④ 能实现远距离传输、记录、显示和控制
不足
存在交流零位信号，不宜高频动态测量。
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原理
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
定义 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。
分类 根据转换原理：自感式（変磁阻式）、互感式（差动变压器式）、 电涡流式。 根据结构形式：气隙型、面积型和螺管型。
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1．自感式测厚仪
1—可动铁芯 2—测杆 3—被测物体
2．位移测量
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1—引线 2—线圈 3—衔铁 4—测力弹簧 5—导杆 6—密封罩 7—测头
• 差动式电感传感器对外界 影响，如温度的变化、电 源频率的变化等基本上可 以互相抵消，衔铁承受的 电磁吸力也较小，从而减 小了测量误差。
1—测杆 2—衔铁 3—线圈
特性
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1、2—L1、L2的特性 3—差动特性
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4.1.2 自感式传感器的测量电路
• 测量电路有交流分压式、交流电桥式和谐振式等多种，常用 的差动式传感器大多采用交流电桥式 。
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1．变气隙式（闭磁路式）自感传感器
• 由电感式
L
N 2S0 2
同样可知，变截面式传感
器具有良好的线性度、自由行程大、示值范围宽
，但灵敏度较低，常用来测量较大位移量。
• 为扩大示值范围和减小非线性误差，可采用差动 结构。
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实用文档
2．螺线管式（开磁路式）自感式传感器
• 螺线管式自感式传感器常采用差动式。
铁芯向线圈一个方向移动时的等效电路
结果
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在Ui的正半周
Uo VDVC2ZZ01( 1Z)2Ui 2Z0
在Ui的负半周
UoVDVC2 Z Z01( 1Z)2Ui 2 Z Z0Ui 2Z0
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• 只要活动铁芯向一方向移动，无论在交流电源的 正半周还是负半周，电桥输出电压均为正值。
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（3）活动铁芯向相反方向移动时
• 当活动铁芯向线圈的另一个方向移动时，用上述 分析方法同样可以证明，无论在的正半周还是负 半周，电桥输出电压均为负值。
应用
28
实用文档
1—理想特性曲线 2—实际特性曲线
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4.1.3自感式传感器应用举例
• 用于测量位移，还可以用于测量振动、应变、厚 度、压力、流量、液位等非电量。
• 上述变压器式交流电桥中，由于采用交流电源， 则不论活动铁芯向线圈的哪个方向移动，电桥输 出电压总是交流的，即无法判别位移的方向。
• 常采用带相敏整流的交流电桥。
结构
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带相敏整流的交流电桥电路
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（1）初始平衡位置时
铁芯处于初始平衡位置时的等效电路
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（2）活动铁芯向一边移动时
内容
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• 4.1.1 结构和工作原理 • 4.1.2 自感式传感器的测量电路 • 4.1.3 自感式传感器应用举例
自感式传感器的基本工作原理演示
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衔铁移动 磁路中气隙磁阻变化
线圈的电感值变化
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4.1.1 基本工作原理
由于Nm LI,
Fm
NI,m
Fm Rm
铁芯 可得： L N 2
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4.1.1 常见结构形式
1—线圈 2—铁芯 3—衔铁 4—测杆 5—导轨 6—工件 7—转轴
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1．变气隙式（闭磁路式）自感传感器
• 由电感式
L
N 2S0 2
可知，变气隙长度式传感
器的线性度差、示值范围窄、自由行程小，但在
小位移下灵敏度很高，常用于小位移的测量。
1—线圈 2—铁芯 3—衔铁
• 当传感器的活动铁芯处于初始平衡位置时，两线 圈的电感相等，阻抗也相等。
• 电桥输出电压，电桥处于平衡状态。
变化时
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• 当铁芯向一边移动时，则一个线圈的阻抗增加 ， Z1Z0Z Z2Z0Z
U •o(Z 0 2 Z 0 Z1 2)U •22 Z Z 0U •2
变化后的电压
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• 当传感器线圈为高Q值时，则线圈的电阻远小于
其感抗
• 当活动铁芯向另一边（反方向）移动时
•
L •
Uo 2L0 U2
• 差动式自感传感器采用变压器交流电桥为测量电 路时，电桥输出电压既能反映被测体位移量的大 小，又能反映位移量的方向，且输出电压与电感
变化量呈线性关系。
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2．带相敏整流的交流电桥
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第4章 电感式传感器及应用
实用文档 2015/10/12
主讲人： 李静
引言
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根据法拉第电磁定律，当穿过闭合电路的磁通量 发生变化时，就会产生感应电动势，这种现象称为电 磁感应。利用这种现象可以构成各种各样的传感器。
电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实 现测量的一种装置.
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电感式传感器
主要章节内容
5
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• 4.1 自感式传感器 • 4.2 差动变压器式传感器 • 4.3 电涡流传感器
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4.1 自感式传感器
• 自感式传感器是利用自感量随气隙变化而改变
的原理制成的，主要用来测量位移。
• 自感式传感器主要有闭磁路变隙式和开磁路螺 线管式，它们又都可以分为单线圈式与差动式 两种结构形式。