电感式电容式压电式磁电式传感器传感器测量原理
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振荡电路
被测电容
3.3 电容式传感器
4.5.3 电容式料位传感器 下图是电容式料位传感器结构示意图。测
定电极安装在罐的顶部，这样在罐壁和测 定电极之间就形成了一个电容器。
图4-20 电容式料位传感器结构示意图
◆检测4出.5这种电电容容量的式变传化就感可测器定的物料应在罐用内
的高度。 传感器的静电电容可由下式表示：
δ ——气隙的厚度(m)。
3.1 变磁阻式传感器
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即：
2 0S0
L1
1S1
2
L2
0S0 2S2
则可近似认为：
Rm
2 0S0
联立前几式，可得 L N 2 N 20S0
Rm
2
3.1 变磁阻式传感器
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， 只要改变δ或 均S0 可导致电感变化。
差动变压器结构形式较多，有变隙式、 变面积式和螺线管式等，但其工作原理基 本一样。
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。
3.2.1 工作原3理.2 互感式传感器
螺线管式差动变压器结构如下图所示。
因此变磁阻式传感器又可分为变气 隙厚度δ的传感器和变气隙面积 的S0 传感器。
使用最广泛的是变气隙厚度δ式电感 传感器。
3.1.5 变磁阻3式.传1感变器的磁应用阻式传感器
图3-9变隙电感式传感器结构图
3.1 变磁阻式传感器
变隙电感式传感器由膜盒、铁芯、衔铁 及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一 起。
方式不同，可分为一节、二节、三节、四 节和五节式等类型，如图所示。 一节式 灵敏度高，三节式零点残余电压较小，通 常采用的是二节式和三节式两类。
概述
电感式传感器种类很多，有利用自 感原理的自感式传感器，利用互感原 理做成的差动变压器式传感器，还有 利于涡流原理的涡流式传感器、利用 压磁原理的压磁式传感器等
本章主要介绍自感式、互感式和电 涡流式三种传感器。
1 自感型--可变磁阻式
L 原理:电磁感应
N 20 A0 2
可变导磁面积型
差动型
33..11.1变工磁作原阻3理式.1传感变器磁阻式传感器
电路的磁阻指由于电流引起的链合磁通
量。根据电感定义，线圈中电感量可由下
式确定：
L N II
上式中3：.1 变磁阻式传感器
Ψ——线圈总磁链；
I ——通过线圈的电流；
N——线圈的匝数；
Φ——穿过线圈的磁通。
由磁路欧姆定律，得磁通表达式：
IN Rm
Rm ——磁路总磁阻。
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。
式中：
C k(s 0 )h
ln D d
k ——比例常数；
s ——被测物料的相对介电常数； 0 ——空气的相对介电常数；
D——储罐的内径；
d ——测定电极的直径；
h ——被测物料的高度。
4.5 电容式传感器的应用
假定罐内没有物料时的传感器静电电容 为C0 ，放入物料后传感器静电电容为C1， 则两者电容差为
3.3 电容式传感器
驻极体电容传声器
它采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材 料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取 代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。 特点是体积小、性能优越、使用方便。
3.3 电容式传感器
b)面积变化型
C
0A
角位移型
+ + +
3.3 电容式传感器
平面线位移型
若忽略3.磁1 路变磁磁损，阻则式磁传路总感磁器阻为:
式中： Rm
L1
1S1
L2
2S2
2 0S0
1 ——铁芯材料的导磁率(H/m)；
2 ——衔铁材料的导磁率(H/m)； L1 ——磁通通过铁芯的长度(m)； L2 ——磁通通过衔铁的长度(m)； S1 ——铁芯的截面积( )；m2 S2 ——衔铁的截面积( )；m2 0 ——空气的导磁率(4π× H/1m07)； S0 ——气隙的截面积( )；m2
C
0A
3.3 电容式传感器
柱面线位移型.
C
0A
3.3 电容式传感器
c) 介质变化型
C
Biblioteka Baidu
0A
3.3 电容式传感器 电容式接近开关
被测物体 感应电极
测量头构成电容器的一个极板， 另一个极板是物体本身，当物体 移向接近开关时，物体和接近开 关的介电常数发生变化，使得和 测量头相连的电路状态也随之发 生变化.接近开关的检测物体， 并不限于金属导体，也可以是绝 缘的液体或粉状物体。
C C1 C0
由上式可见，两种介质常数差别越大， 极径D与d相差愈小，传感器灵敏度就愈 高。
电感式传感器
电感式传感器是利用电磁感应原理将被 测非电量如位移、压力、流量、重量、振 动等转换成线圈自感量L或互感量M的变 化，再由测量电路转换为电压或电流的变 化量输出的装置。 优点:结构简单，工作可靠寿命长，测量精 度高，零点稳定，输出功率较大等。 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。
当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力P 的作用下产生与压力P大小成正比的位移， 于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变 化，流过线圈的电流也发生相应的变化， 电流表指示值就反映了被测压力的大小。
互感式传3.感2 器互是把感被式测的传非感电量器变化转
换为线圈互感量变化的传感器。它根据变 压器的基本原理制成，并且次级绕组都用 差动形式连接，故又称为差动变压器式传 感器。
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。
工作原理:互感现象.
Eo
E
out
w
１-活动衔铁；２-导磁外壳；３-骨架；４-匝数为W 1的初级绕组； ５-匝数W为2a 的次级绕组；６-匝数为 W的2b次级绕组
图3-11 螺线管式差动变压器结构图
螺线管式3差.2动互变压感器式按线传圈感绕组器排列的
图3-1 变磁阻式传感器 结构图
1-线圈；2-铁芯（定铁芯）；3-衔 铁（动铁芯）
铁芯和3衔.1铁由变导磁磁材阻料式如硅传钢感片或器坡莫
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。
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，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。
被测电容
3.3 电容式传感器
4.5.3 电容式料位传感器 下图是电容式料位传感器结构示意图。测
定电极安装在罐的顶部，这样在罐壁和测 定电极之间就形成了一个电容器。
图4-20 电容式料位传感器结构示意图
◆检测4出.5这种电电容容量的式变传化就感可测器定的物料应在罐用内
的高度。 传感器的静电电容可由下式表示：
δ ——气隙的厚度(m)。
3.1 变磁阻式传感器
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即：
2 0S0
L1
1S1
2
L2
0S0 2S2
则可近似认为：
Rm
2 0S0
联立前几式，可得 L N 2 N 20S0
Rm
2
3.1 变磁阻式传感器
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， 只要改变δ或 均S0 可导致电感变化。
差动变压器结构形式较多，有变隙式、 变面积式和螺线管式等，但其工作原理基 本一样。
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。
3.2.1 工作原3理.2 互感式传感器
螺线管式差动变压器结构如下图所示。
因此变磁阻式传感器又可分为变气 隙厚度δ的传感器和变气隙面积 的S0 传感器。
使用最广泛的是变气隙厚度δ式电感 传感器。
3.1.5 变磁阻3式.传1感变器的磁应用阻式传感器
图3-9变隙电感式传感器结构图
3.1 变磁阻式传感器
变隙电感式传感器由膜盒、铁芯、衔铁 及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一 起。
方式不同，可分为一节、二节、三节、四 节和五节式等类型，如图所示。 一节式 灵敏度高，三节式零点残余电压较小，通 常采用的是二节式和三节式两类。
概述
电感式传感器种类很多，有利用自 感原理的自感式传感器，利用互感原 理做成的差动变压器式传感器，还有 利于涡流原理的涡流式传感器、利用 压磁原理的压磁式传感器等
本章主要介绍自感式、互感式和电 涡流式三种传感器。
1 自感型--可变磁阻式
L 原理:电磁感应
N 20 A0 2
可变导磁面积型
差动型
33..11.1变工磁作原阻3理式.1传感变器磁阻式传感器
电路的磁阻指由于电流引起的链合磁通
量。根据电感定义，线圈中电感量可由下
式确定：
L N II
上式中3：.1 变磁阻式传感器
Ψ——线圈总磁链；
I ——通过线圈的电流；
N——线圈的匝数；
Φ——穿过线圈的磁通。
由磁路欧姆定律，得磁通表达式：
IN Rm
Rm ——磁路总磁阻。
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。
式中：
C k(s 0 )h
ln D d
k ——比例常数；
s ——被测物料的相对介电常数； 0 ——空气的相对介电常数；
D——储罐的内径；
d ——测定电极的直径；
h ——被测物料的高度。
4.5 电容式传感器的应用
假定罐内没有物料时的传感器静电电容 为C0 ，放入物料后传感器静电电容为C1， 则两者电容差为
3.3 电容式传感器
驻极体电容传声器
它采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材 料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取 代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。 特点是体积小、性能优越、使用方便。
3.3 电容式传感器
b)面积变化型
C
0A
角位移型
+ + +
3.3 电容式传感器
平面线位移型
若忽略3.磁1 路变磁磁损，阻则式磁传路总感磁器阻为:
式中： Rm
L1
1S1
L2
2S2
2 0S0
1 ——铁芯材料的导磁率(H/m)；
2 ——衔铁材料的导磁率(H/m)； L1 ——磁通通过铁芯的长度(m)； L2 ——磁通通过衔铁的长度(m)； S1 ——铁芯的截面积( )；m2 S2 ——衔铁的截面积( )；m2 0 ——空气的导磁率(4π× H/1m07)； S0 ——气隙的截面积( )；m2
C
0A
3.3 电容式传感器
柱面线位移型.
C
0A
3.3 电容式传感器
c) 介质变化型
C
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0A
3.3 电容式传感器 电容式接近开关
被测物体 感应电极
测量头构成电容器的一个极板， 另一个极板是物体本身，当物体 移向接近开关时，物体和接近开 关的介电常数发生变化，使得和 测量头相连的电路状态也随之发 生变化.接近开关的检测物体， 并不限于金属导体，也可以是绝 缘的液体或粉状物体。
C C1 C0
由上式可见，两种介质常数差别越大， 极径D与d相差愈小，传感器灵敏度就愈 高。
电感式传感器
电感式传感器是利用电磁感应原理将被 测非电量如位移、压力、流量、重量、振 动等转换成线圈自感量L或互感量M的变 化，再由测量电路转换为电压或电流的变 化量输出的装置。 优点:结构简单，工作可靠寿命长，测量精 度高，零点稳定，输出功率较大等。 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。
当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力P 的作用下产生与压力P大小成正比的位移， 于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变 化，流过线圈的电流也发生相应的变化， 电流表指示值就反映了被测压力的大小。
互感式传3.感2 器互是把感被式测的传非感电量器变化转
换为线圈互感量变化的传感器。它根据变 压器的基本原理制成，并且次级绕组都用 差动形式连接，故又称为差动变压器式传 感器。
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。
工作原理:互感现象.
Eo
E
out
w
１-活动衔铁；２-导磁外壳；３-骨架；４-匝数为W 1的初级绕组； ５-匝数W为2a 的次级绕组；６-匝数为 W的2b次级绕组
图3-11 螺线管式差动变压器结构图
螺线管式3差.2动互变压感器式按线传圈感绕组器排列的
图3-1 变磁阻式传感器 结构图
1-线圈；2-铁芯（定铁芯）；3-衔 铁（动铁芯）
铁芯和3衔.1铁由变导磁磁材阻料式如硅传钢感片或器坡莫
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。
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，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。