电感式传感器PPT课件
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（2）变压器式交流电桥
电桥的两臂是传感器线圈 阻抗臂、另外两个臂是交流 变压器次级线圈各占1∕2， 交流供电。
桥路输出电压为：
U0
U Z1 Z2
Z1
U 2
Z1 Z2 Z1 Z2
U 2
14
33..11.变3 测磁量阻电式路传（感转器换（电自路感）式）传感器与检测技术
（2）变压器式交流电桥
只要改变气隙厚度或气隙截面积就可以改变电感。
1
l1
L
S1
2
W
1、线圈
l2
2、定铁芯
3、衔铁
S2
3
4
33..11.变1 工磁作阻原式理传感器（自感式）传感器与检测技术
线圈自感可按下式计算：
L N 2 N 20S0
Rm
2
式中： N 线圈匝数 ； Rm 磁路总磁组； S0 气隙的截面积； δ 气隙厚度； μ0 导磁率（真空、空气）
概述
传感器与检测技术
电感式传感器是一种机电转换装置，特别是在自动控 制设备中广泛应用。
电感式传感器利用电磁感应定律将被测非电量（如位 移、压力、流量、振动）转换为电感或互感的变化。
按传感器结构可分为：
自感式、互感式、电涡流式。
1
概述
各种电感式传感器
传感器与检测技术
电 感 粗 糙 度 仪 接近式传感器
L0 1
0
• 传感器测量范围与灵敏度和线性度相矛盾；
• 变间隙式电感传感器用于小位移比较精确；一般
Δδ/δ0= 0.1-0.2； • 为减小非线性误差，实际测量中多采用差动式。
8
33..11.变2 输磁出阻特式性传感器（自感式）传感器与检测技术
差动变隙式由两个相同 的线圈和磁路组成。当 被测量通过导杆使衔铁 左右位移时，两个回路 中磁阻发生大小相等、 方向相反的变化，形成 差动形式。
输出电压为：
U0
U AC 2
Z1 Z2
U AC 2
jL R0 jL0
U AC 2
L L0
代入
L 2
L0
0
电桥输出为：
U0
U
AC
0
可见电桥输出电压UAC与气隙变量Δδ有关
13
33..11.变3 测磁量阻电式路传（感转器换（电自路感）式）传感器与检测技术
5
33..11.变2 输磁出阻特式性传感器（自感式）传感器与检测技术
初始气隙δ0处的初始电感量为L0 L
L0
N2 Rm0
N 20S0 2 0
L0+L
L0 L0-L
衔铁位移Δδ引起的电感变化为：
o
-0 +0
L
L0
L
N 20S0 2(0 )
9
33..11.变2 输磁出阻特式性传感器（自感式）传感器与检测技术
电感的变化为：
2
4
L
L1
L2
2L0
0
[1
0
0
]
对上式进行线性处理并忽略高次项：
则差动式灵敏度为：
L
K0
L0 2
0
L 2
N 20S0 2 0
(1 )
L0
(1
)
0
0
6
33..11.变2 输磁出阻特式性传感器（自感式）传感器与检测技术
当Δδ/δ0<<1时，用泰勒级数展开
L
L0
L
L0 [1
0
0
2
0
3
]
L L0
把被测的非电量变化转换成为线 圈互感量的变化的传感器称为互 感式传感器。 这种传感器根据变压器的基本 原理制成，并将次级线圈绕组用 差动形式连接。 差动变压器的结构形式较多， 应用最多的是螺线管式差动变压 器。它可测量1—100mm范围内 的 机械位移。
L0
0
10
33..11.变2 输磁出阻特式性传感器（自感式）传感器与检测技术
讨论： • 比较单线圈，差动式的灵敏度提高了一倍； • 差动式非线性项比单线圈多乘了(Δδ/δ0)因子； • 不存在偶次项，因Δδ/δ0<<1，线性度得到改善。 • 差动式的两个电感结构，可抵消温度、噪声干扰
的影响。
11
0
[1
0
0
2
]
衔铁上移时
L
L0
L
L L0
0
[1
0
0
2
]
0
0
2
0
3
衔铁下移时
L
L0
L
L L0
0
[1
0
0
2
]
0
0
2
0
3
7
33..11.变2 输磁出阻特式性传感器（自感式）传感器与检测技术
对上式作线性处理忽略高次项时
L L0 0
定义灵敏度 讨论：
L
K0
当衔铁在中间位置
Z1=Z2=Z U0=0
当衔铁偏移时输出电压
U0
U 2
Z Z
U 2
L L
当衔铁偏向另一方向
U L U0 2 L
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。
15
33..11.变3 测磁量阻电式路传（感转器换（电自路感）式）传感器与检测技术
（3）谐振式（调幅、调频、调相）
调幅式电路 ：电感L变化，输出幅值发生变化 调频电路 ：电感L变化时，谐振频率发生变化
16
33..11.变4 变磁磁阻阻式式传传感感器器（的自应感用式）传感器与检测技术
变隙式差动电感压力传感器
17
33..22.差1 工动作变原压理器式传感器（互感传式感）器与检测技术
非接触式位移传感器 测厚传感器2 Nhomakorabea概述
传感器与检测技术
电感传感器测量滚珠直径，实现按误差分装塞选
3
33..11.变1 工磁作阻原式理传感器（自感式）传感器与检测技术
结构
由线圈、铁芯、衔铁三部分组成。铁芯和衔铁之间有气隙，气隙 厚度为δ ; 传感器运动部分与衔铁相连，衔铁移动时发生变化，引 起磁路的磁阻Rm变化，使电芯线圈的电感值L变化；
33..11.变3 测磁量阻电式路传（感转器换（电自路感）式）传感器与检测技术
（1）交流电桥式
两个桥臂由相同线圈组成，另外两个为平衡电阻
交流电桥结构示意图
等效电路
12
33..11.变3 测磁量阻电式路传（感转器换（电自路感）式）传感器与检测技术
因 Z1 Z0 jL1, Z2 Z0 jL2 , Z3 Z4 R0
电桥的两臂是传感器线圈 阻抗臂、另外两个臂是交流 变压器次级线圈各占1∕2， 交流供电。
桥路输出电压为：
U0
U Z1 Z2
Z1
U 2
Z1 Z2 Z1 Z2
U 2
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33..11.变3 测磁量阻电式路传（感转器换（电自路感）式）传感器与检测技术
（2）变压器式交流电桥
只要改变气隙厚度或气隙截面积就可以改变电感。
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l1
L
S1
2
W
1、线圈
l2
2、定铁芯
3、衔铁
S2
3
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33..11.变1 工磁作阻原式理传感器（自感式）传感器与检测技术
线圈自感可按下式计算：
L N 2 N 20S0
Rm
2
式中： N 线圈匝数 ； Rm 磁路总磁组； S0 气隙的截面积； δ 气隙厚度； μ0 导磁率（真空、空气）
概述
传感器与检测技术
电感式传感器是一种机电转换装置，特别是在自动控 制设备中广泛应用。
电感式传感器利用电磁感应定律将被测非电量（如位 移、压力、流量、振动）转换为电感或互感的变化。
按传感器结构可分为：
自感式、互感式、电涡流式。
1
概述
各种电感式传感器
传感器与检测技术
电 感 粗 糙 度 仪 接近式传感器
L0 1
0
• 传感器测量范围与灵敏度和线性度相矛盾；
• 变间隙式电感传感器用于小位移比较精确；一般
Δδ/δ0= 0.1-0.2； • 为减小非线性误差，实际测量中多采用差动式。
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33..11.变2 输磁出阻特式性传感器（自感式）传感器与检测技术
差动变隙式由两个相同 的线圈和磁路组成。当 被测量通过导杆使衔铁 左右位移时，两个回路 中磁阻发生大小相等、 方向相反的变化，形成 差动形式。
输出电压为：
U0
U AC 2
Z1 Z2
U AC 2
jL R0 jL0
U AC 2
L L0
代入
L 2
L0
0
电桥输出为：
U0
U
AC
0
可见电桥输出电压UAC与气隙变量Δδ有关
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33..11.变3 测磁量阻电式路传（感转器换（电自路感）式）传感器与检测技术
5
33..11.变2 输磁出阻特式性传感器（自感式）传感器与检测技术
初始气隙δ0处的初始电感量为L0 L
L0
N2 Rm0
N 20S0 2 0
L0+L
L0 L0-L
衔铁位移Δδ引起的电感变化为：
o
-0 +0
L
L0
L
N 20S0 2(0 )
9
33..11.变2 输磁出阻特式性传感器（自感式）传感器与检测技术
电感的变化为：
2
4
L
L1
L2
2L0
0
[1
0
0
]
对上式进行线性处理并忽略高次项：
则差动式灵敏度为：
L
K0
L0 2
0
L 2
N 20S0 2 0
(1 )
L0
(1
)
0
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33..11.变2 输磁出阻特式性传感器（自感式）传感器与检测技术
当Δδ/δ0<<1时，用泰勒级数展开
L
L0
L
L0 [1
0
0
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]
L L0
把被测的非电量变化转换成为线 圈互感量的变化的传感器称为互 感式传感器。 这种传感器根据变压器的基本 原理制成，并将次级线圈绕组用 差动形式连接。 差动变压器的结构形式较多， 应用最多的是螺线管式差动变压 器。它可测量1—100mm范围内 的 机械位移。
L0
0
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33..11.变2 输磁出阻特式性传感器（自感式）传感器与检测技术
讨论： • 比较单线圈，差动式的灵敏度提高了一倍； • 差动式非线性项比单线圈多乘了(Δδ/δ0)因子； • 不存在偶次项，因Δδ/δ0<<1，线性度得到改善。 • 差动式的两个电感结构，可抵消温度、噪声干扰
的影响。
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衔铁上移时
L
L0
L
L L0
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衔铁下移时
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L L0
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33..11.变2 输磁出阻特式性传感器（自感式）传感器与检测技术
对上式作线性处理忽略高次项时
L L0 0
定义灵敏度 讨论：
L
K0
当衔铁在中间位置
Z1=Z2=Z U0=0
当衔铁偏移时输出电压
U0
U 2
Z Z
U 2
L L
当衔铁偏向另一方向
U L U0 2 L
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。
15
33..11.变3 测磁量阻电式路传（感转器换（电自路感）式）传感器与检测技术
（3）谐振式（调幅、调频、调相）
调幅式电路 ：电感L变化，输出幅值发生变化 调频电路 ：电感L变化时，谐振频率发生变化
16
33..11.变4 变磁磁阻阻式式传传感感器器（的自应感用式）传感器与检测技术
变隙式差动电感压力传感器
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33..22.差1 工动作变原压理器式传感器（互感传式感）器与检测技术
非接触式位移传感器 测厚传感器2 Nhomakorabea概述
传感器与检测技术
电感传感器测量滚珠直径，实现按误差分装塞选
3
33..11.变1 工磁作阻原式理传感器（自感式）传感器与检测技术
结构
由线圈、铁芯、衔铁三部分组成。铁芯和衔铁之间有气隙，气隙 厚度为δ ; 传感器运动部分与衔铁相连，衔铁移动时发生变化，引 起磁路的磁阻Rm变化，使电芯线圈的电感值L变化；
33..11.变3 测磁量阻电式路传（感转器换（电自路感）式）传感器与检测技术
（1）交流电桥式
两个桥臂由相同线圈组成，另外两个为平衡电阻
交流电桥结构示意图
等效电路
12
33..11.变3 测磁量阻电式路传（感转器换（电自路感）式）传感器与检测技术
因 Z1 Z0 jL1, Z2 Z0 jL2 , Z3 Z4 R0