演示文稿傳感器原理及應(yīng)用

（優(yōu)選）傳感器原理及應(yīng)用ppt講解目前一頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點第四章作業(yè)第二版教材86-87頁：

練習(xí)題：4-2，4-4，4-9

第三版教材84-85頁：

練習(xí)題：4-2，4-4，4-10目前二頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點電磁感應(yīng)

被測非電量自感系數(shù)L互感系數(shù)M測量電路U、I、f

第4章電感式傳感器電感式傳感器的定義一種利用線圈自感和互感的變化實現(xiàn)非電量電測的裝置。電感式傳感器的感測量位移、振動、壓力、應(yīng)變、流量、比重等。電感式傳感器的種類

根據(jù)轉(zhuǎn)換原理：自感式（変磁阻式）、互感式（差動變壓器式）、電渦流式三種；

根據(jù)結(jié)構(gòu)形式：氣隙型、面積型和螺管型。目前三頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點

第4章電感式傳感器電感式傳感器的優(yōu)點

①結(jié)構(gòu)簡單、可靠②分辨率高機械位移0.1μm，甚至更小；角位移0.1角秒。輸出信號強，電壓靈敏度可達數(shù)百mV/mm。

③重復(fù)性好，線性度優(yōu)良在幾十μm到數(shù)百mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線性度較好，且比較穩(wěn)定。

④能實現(xiàn)遠距離傳輸、記錄、顯示和控制電感式傳感器的不足存在交流零位信號，不宜高頻動態(tài)測量。目前四頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點

第4章電感式傳感器4.1變磁阻式電感傳感器4.2差動變壓器式電感傳感器4.3電渦流式傳感器4.4電感式傳感器的應(yīng)用目前五頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、變磁阻式傳感器工作原理二、變磁阻式傳感器基本類型三、變截面式自感傳感器輸出特性四、變間隙式自感傳感器輸出特性五、差動式自感傳感器六、自感式傳感器的等效電路七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器目前六頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點變磁阻式傳感器即自感式電感傳感器：利用線圈自感量的變化來實現(xiàn)測量的。傳感器結(jié)構(gòu)：線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。一、變磁阻式傳感器工作原理§4.1變磁阻式電感傳感器線圈中電感量：δ線圈鐵芯銜鐵Δδ工作原理：鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為δ，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當(dāng)被測量變化時，使銜鐵產(chǎn)生位移，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感量變化。因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向?？偞抛杈€圈匝數(shù)目前七頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、變磁阻式傳感器工作原理§4.1變磁阻式電感傳感器磁導(dǎo)率H/m氣隙截面積A保持不變，則L為δ的單值函數(shù)，構(gòu)成變氣隙厚度式自感傳感器。保持氣隙間距δ不變，A隨被測量（如位移）變化，構(gòu)成變氣隙面積式自感傳感器。δ線圈鐵芯銜鐵Δδl1l2目前八頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、變磁阻式傳感器工作原理二、變磁阻式傳感器基本類型三、變截面式自感傳感器輸出特性四、變間隙式自感傳感器輸出特性五、差動式自感傳感器六、自感式傳感器的等效電路七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器目前九頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點變磁阻式傳感器即自感式電感傳感器的基本類型：二、變磁阻式傳感器基本類型§4.1變磁阻式電感傳感器δ線圈鐵芯銜鐵Δδ（1）變氣隙厚度式（2）變氣隙面積式變截面式和螺管式變氣隙厚度式螺管式線圈鐵芯銜鐵銜鐵移動方向變氣隙截面式目前十頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、變磁阻式傳感器工作原理二、變磁阻式傳感器基本類型三、變截面式自感傳感器輸出特性四、變間隙式自感傳感器輸出特性五、差動式自感傳感器六、自感式傳感器的等效電路七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器目前十一頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點三、變截面式自感傳感器輸出特性§4.1變磁阻式電感傳感器氣隙截面面積A0時自感系數(shù)當(dāng)傳感器截面增加ΔA時，則輸出電感為線圈鐵芯銜鐵銜鐵移動方向δ因此，輸出電感的變化與截面面積的變化成線性關(guān)系。目前十二頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點三、變截面式自感傳感器輸出特性§4.1變磁阻式電感傳感器當(dāng)傳感器截面減小ΔA時，同理有線圈鐵芯銜鐵銜鐵移動方向δ輸出電感靈敏度與初始截面面積的成反比關(guān)系。因此既可確定銜鐵位移量的大小又可確定方向。輸出電感靈敏度目前十三頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點三、變截面式自感傳感器的輸出特性§4.1變磁阻式電感傳感器目前十四頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、變磁阻式傳感器工作原理二、變磁阻式傳感器基本類型三、變截面式自感傳感器輸出特性四、變間隙式自感傳感器輸出特性五、差動式自感傳感器六、自感式傳感器的等效電路七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器目前十五頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點四、變間隙式自感傳感器輸出特性§4.1變磁阻式電感傳感器δ線圈鐵芯銜鐵Δδ氣隙厚度δ0時自感系數(shù)當(dāng)銜鐵上移Δδ時，傳感器氣隙減小Δδ，即δ=δ0-Δδ，則輸出電感為目前十六頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點四、變間隙式自感傳感器輸出特性§4.1變磁阻式電感傳感器δ線圈鐵芯銜鐵Δδ當(dāng)Δδ/δ0<<1時，用泰勒級數(shù)展開成級數(shù)形式目前十七頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點四、變間隙式自感傳感器輸出特性§4.1變磁阻式電感傳感器δ線圈鐵芯銜鐵Δδ當(dāng)銜鐵隨被測體的初始位置向下移動Δδ時，同理有因此既可確定銜鐵位移量的大小又可確定方向。忽略高次項線性處理目前十八頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點四、變間隙式自感傳感器輸出特性§4.1變磁阻式電感傳感器δ線圈鐵芯銜鐵Δδ電感靈敏度

為了減小非線性誤差，實際測量中廣泛采用差動變隙式電感傳感器。變間隙式電感傳感器的測量范圍與靈敏度及線性度相矛盾，因此變間隙式電感式傳感器適用于測量微小位移的場合。動態(tài)測量范圍：0.001~1mm。目前十九頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、變磁阻式傳感器工作原理二、變磁阻式傳感器基本類型三、變截面式自感傳感器輸出特性四、變間隙式自感傳感器輸出特性五、差動式自感傳感器六、自感式傳感器的等效電路七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器目前二十頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點五、差動式自感傳感器§4.1變磁阻式電感傳感器在實際使用中，常采用兩個相同的傳感線圈共用一個銜鐵，構(gòu)成差動式自感傳感器。差動結(jié)構(gòu)的特點：（1）改善線性、提高靈敏度外；（2）補償溫度變化、電源頻率變化等的影響，從而減少了外界影響造成的誤差。

差動變間隙式傳感器1-線圈2-鐵芯3-銜鐵4-導(dǎo)桿123444321314差動螺管式差動變截面式三種基本類型：

目前二十一頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、變磁阻式傳感器工作原理二、變磁阻式傳感器基本類型三、變截面式自感傳感器輸出特性四、變間隙式自感傳感器輸出特性五、差動式自感傳感器六、自感式傳感器的等效電路七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器目前二十二頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點六、自感式傳感器的等效電路§4.1變磁阻式電感傳感器等效線圈阻抗為電感式傳感器的線圈并非是純電感，該電感由有功分量和無功分量兩部分組成。有功分量包括：線圈線繞電阻和渦流損耗電阻及磁滯損耗電阻，這些都可折合成為有功電阻，其總電阻可用R來表示；無功分量包含：線圈的自感L,繞線間分布電容，為簡便起見可視為集中參數(shù)，用C來表示。電感式傳感器的等效電路目前二十三頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、變磁阻式傳感器工作原理二、變磁阻式傳感器基本類型三、變截面式自感傳感器輸出特性四、變間隙式自感傳感器輸出特性五、差動式自感傳感器六、自感式傳感器的等效電路七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器目前二十四頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點傳感器的兩線圈作為電橋的兩相鄰橋臂Z1和Z2，另兩個相鄰橋臂為純電阻R。設(shè)Z是銜鐵在中間位置時單個線圈的復(fù)阻抗，ΔZ1、ΔZ2分別是銜鐵偏離中心位置時兩線圈阻抗的變化量，則

Z1=Z+ΔZZ2=Z-ΔZ七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器

高品質(zhì)因數(shù)Q=ωL/R的電感式傳感器，線圈的電感遠遠大于線圈的有功電阻，即ωL>>R，則有ΔZ1+ΔZ2≈jω(ΔL1+ΔL2)電感式傳感器的測量電路：交流電橋、變壓器式交流電橋以及諧振式等。

1、交流電橋式測量電路目前二十五頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點電橋輸出電壓為七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器線性處理后電橋輸出電壓為1、交流電橋式測量電路差動式傳感器的電感靈敏度K0為①變間隙差動式電感傳感器的靈敏度是單線圈式的兩倍。②差動式的線性度明顯改善。輸出電壓與Δδ成正比。目前二十六頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點曲線1、2為兩線圈各自電感特性；曲線3為兩線圈差接時的電感特性；曲線4為差接后電橋輸出電壓與銜鐵位移的特性曲線。七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器1、交流電橋式測量電路δU0L/mHδ/mmL04321ⅠⅡ1234-ΔδΔδ電橋輸出特性：電橋輸出電壓大小與銜鐵位移量Δδ有關(guān)，相位與銜鐵移動方向有關(guān)。若設(shè)銜鐵向上移動Δδ為負，則U0為負；銜鐵向下移動Δδ為正，則U0為正，相位差180°。目前二十七頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點變壓器式交流電橋測量電路，電橋兩橋臂分別為傳感器兩線圈的阻抗，另外兩橋臂分別為電源變壓器的兩次級線圈，其阻抗為次級線圈總阻抗的一半。七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器2、變壓器式交流電橋測量時被測件與傳感器銜鐵相連，當(dāng)銜鐵處于中間位置，即Z1=Z2=Z時電橋輸出電壓為零，電橋平衡。Z1Z2IABCD~當(dāng)負載阻抗為無窮大時，橋路輸出電壓為

目前二十八頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點當(dāng)傳感器銜鐵上移時，Z1=Z+ΔZ，Z2=Z-ΔZ，若線圈的Q值很高，損耗電阻可忽略，則橋路輸出電壓為七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器2、變壓器式交流電橋當(dāng)銜鐵上下移動相同距離時，電橋輸出電壓大小相等而相位相反。要判斷銜鐵方向需要經(jīng)過相敏檢波電路的處理。Z1Z2IABCD~當(dāng)傳感器銜鐵下移時，Z1=Z-ΔZ，Z2=Z+ΔZ，橋路輸出電壓為目前二十九頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器2、變壓器式交流電橋目前三十頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點①銜鐵中間位置七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器3、相敏檢波測量電路②銜鐵上移L1增大，自感電動勢增加；L2減小，自感電動勢減少。

正半周→E點電勢高，F(xiàn)點低通路E→J→G→F，UG降低通路E→K→H→F，UH升高負半周→F點電勢高，E點低通路E→J→H→F，UG降低通路E→K→G→F，UH升高結(jié)論：無論是正半周還是負半周，銜鐵上移時UG<UH。+3+2+10+4+1+3+5-5-3-2-30-4-1-1目前三十一頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器3、相敏檢波測量電路③銜鐵下移L1增小，自感電動勢減少；L2減大，自感電動勢增加。

結(jié)論：無論正半周還是負半周，銜鐵下移時UG>UH。銜鐵下移時，UG>UH;銜鐵上移時，UG<UH。通過相敏檢波電路輸出電壓的正負可判斷銜鐵位移的方向。相敏檢波電路輸出電壓的大小和正負判斷銜鐵位移的大小和方向。目前三十二頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點兩類諧振式測量電路：諧振式調(diào)幅電路；諧振式調(diào)頻電路七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器4、諧振式測量電路（1）諧振式調(diào)幅電路傳感器電感L與電容C、變壓器原邊串聯(lián)在一起，接入交流電源，變壓器副邊輸出電壓，電壓的頻率與電源頻率相同，而幅值隨著電感L而變化。輸出電壓與電感的關(guān)系曲線中L0為諧振點的電感值，電路靈敏度很高，但線性差，適用于線性度要求不高的場合。目前三十三頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器4、諧振式測量電路（2）諧振式調(diào)頻電路調(diào)頻電路的基本原理：傳感器電感L的變化引起輸出電壓頻率的變化。通常傳感器電感L和電容C接入一個振蕩回路中，其振蕩頻率為當(dāng)L變化時，振蕩頻率隨之變化，根據(jù)頻率的大小即可測出被測量的值。振蕩頻率與電感變化之間具有嚴(yán)重的非線性關(guān)系。目前三十四頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器5、零點殘余電壓自感式傳感器測量電橋電路，當(dāng)兩線圈的阻抗相等，即Z1=Z2時，電橋平衡，輸出電壓為零。傳感器阻抗是一個復(fù)阻抗，為了達到電橋平衡，就要求兩線圈的電阻相等，兩線圈的電感也要相等。實際上這種情況是不能精確達到的，因而在傳感器輸入量為零時，電橋有一個不平衡輸出電壓ΔUo。在輸出電壓與活動銜鐵位移的關(guān)系曲線圖中，虛線為理論特性曲線，實線為實際特性曲線。傳感器在零位移時的輸出電壓稱為零點殘余電壓，記作ΔUo。目前三十五頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器5、零點殘余電壓（1）零點殘余電壓產(chǎn)生原因零點殘余電壓主要由基波分量和高次諧波分量組成。①兩電感線圈的電氣參數(shù)及導(dǎo)磁體幾何尺寸不完全對稱，在兩電感線圈上的電壓幅值和相位不同，從而形成零點殘余電壓的基波分量。②傳感器導(dǎo)磁材料磁化曲線的非線性（如鐵磁飽和、磁滯損耗），使激勵電流與磁通波形不一致，從而形成零點殘余電壓的高次諧波分量。（2）零點殘余電壓的影響①傳感器輸出特性在零點附近不靈敏，限制了分辨率的提高。目前三十六頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器5、零點殘余電壓②在電路上進行補償。這是一種既簡單又行之有效的方法。（2）零點殘余電壓的影響②零點殘余電壓太大，使線性度變壞，靈敏度下降，甚至?xí)狗糯笃黠柡?，堵塞有用信號通過，致使儀器不再反映被測量的變化。（3）減小零點殘余電壓的措施①在設(shè)計和工藝上，力求做到磁路對稱，鐵芯材料均勻；要經(jīng)過熱處理以除去機械應(yīng)力和改善磁性；兩線圈繞制要均勻，力求幾何尺寸與電氣特性保持一致。目前三十七頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、變磁阻式傳感器工作原理二、變磁阻式傳感器基本類型三、變截面式自感傳感器輸出特性四、變間隙式自感傳感器輸出特性五、差動式自感傳感器六、自感式傳感器的等效電路七、自感式傳感器的測量電路§4.1變磁阻式電感傳感器目前三十八頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點

第4章電感式傳感器4.1變磁阻式電感傳感器4.2差動變壓器式電感傳感器4.3電渦流式傳感器4.4電感式傳感器的應(yīng)用目前三十九頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點差動變壓器式互感傳感器§4.2差動變壓器式電感傳感器基本概念互感式傳感器：被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感變化的傳感器。次級線圈初級線圈基本種類有變隙式、變面積式和螺線管式等。應(yīng)用最多的是螺線管式差動變壓器。基本結(jié)構(gòu)：主要包括有銜鐵、初級繞組、次級繞組和線圈框架等。次級繞組用差動形式連接，也差動變壓器式傳感器。工作原理類似于變壓器。初、次級繞組的耦合能隨銜鐵的移動而變化，即繞組間的互感隨被測位移的改變而變化。目前四十頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、螺線管式差動變壓器二、變隙式差動變壓器三、差動變壓器式傳感器測量電路§4.2差動變壓器式電感傳感器目前四十一頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、螺線管式差動變壓器§4.2差動變壓器式電感傳感器1、螺線管式差動變壓器結(jié)構(gòu)與原理（1）螺線管式差動變壓器結(jié)構(gòu)由初級線圈，兩個次級線圈和插入線圈中央的圓柱形鐵芯等組成。兩個次級線圈反向串聯(lián)，構(gòu)成差動式。根據(jù)初、次級線圈排列不同，螺管式差動變壓器有二節(jié)式、三節(jié)式、四節(jié)式和五節(jié)式等形式。1初級線圈；2次級線；3銜鐵；4導(dǎo)桿1223432121123

二節(jié)式三節(jié)式四節(jié)式五節(jié)式目前四十二頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、螺線管式差動變壓器§4.2差動變壓器式電感傳感器1、螺線管式差動變壓器結(jié)構(gòu)與原理（2）螺線管式差動變壓器等效電路在忽略鐵損、導(dǎo)磁體磁阻和線圈分布電容的理想條件下等效電路。根據(jù)電磁感應(yīng)原理有變壓器兩次級繞組反向串聯(lián)，則差動變壓器輸出電壓為零。設(shè)差動變壓器中初級線圈的匝數(shù)為W1，兩個次級線圈的匝數(shù)分別為W1a和W1b。當(dāng)初級繞組加以激勵電壓時，根據(jù)變壓器的工作原理，在兩個次級繞組中便會產(chǎn)生感應(yīng)電勢。若工藝上保證變壓器結(jié)構(gòu)完全對稱,則當(dāng)活動銜鐵處于初始平衡位置時，必然會使兩互感系數(shù)相等。目前四十三頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、螺線管式差動變壓器§4.2差動變壓器式電感傳感器2、螺線管式差動變壓器輸出特性當(dāng)銜鐵移向次級繞組L2a邊，互感Ma增大，Mb減小，因而次級繞組L2a內(nèi)的感應(yīng)電動勢大于次級繞組內(nèi)L2b的感應(yīng)電動勢，差動變壓器輸出電動勢不為零。在傳感器的量程內(nèi)，銜鐵位移越大，差動變壓器輸出電動勢就越大。

當(dāng)次級兩繞組反向串聯(lián)、次級開路時差動變壓器輸出電壓為當(dāng)銜鐵移向次級繞組L2b邊，差動輸出電動勢仍不為零，但移動方向改變，輸出電動勢反相。差動變壓器輸出電動勢的大小和相位可知道銜鐵位移的大小和方向。目前四十四頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、螺線管式差動變壓器§4.2差動變壓器式電感傳感器2、螺線管式差動變壓器輸出特性輸出電壓的有效值為因此，只要求出互感和對活動銜鐵位移x的關(guān)系式，即可得到螺線管式差動變壓器的基本特性表達式。當(dāng)激磁電壓的幅值和角頻率、初級繞組的直流電阻及電感為定值時，差動變壓器輸出電壓僅僅是初級繞組與兩個次級繞組之間互感之差的函數(shù)。目前四十五頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、螺線管式差動變壓器§4.2差動變壓器式電感傳感器2、螺線管式差動變壓器輸出特性（1）激勵電壓幅值與頻率的影響激勵電源電壓幅值的波動，使線圈的磁通發(fā)生變化，直接影響輸出電勢。適當(dāng)選擇頻率，頻率波動的影響不大。（2）溫度變化的影響環(huán)境溫度的變化，引起線圈及導(dǎo)磁體磁導(dǎo)率變化，產(chǎn)生溫度漂移。當(dāng)線圈品質(zhì)因數(shù)較低時，影響更為嚴(yán)重。

（3）零點殘余電壓的影響實際上，當(dāng)使用橋式電路時在零點有從零點幾mV到數(shù)十mV的殘余電壓。目前四十六頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、螺線管式差動變壓器二、變隙式差動變壓器三、差動變壓器式傳感器測量電路§4.2差動變壓器式電感傳感器目前四十七頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點二、變隙式差動變壓器§4.2差動變壓器式電感傳感器1、變隙式差動變壓器結(jié)構(gòu)與原理閉磁路變隙式差動變壓器的結(jié)構(gòu)：在A、B兩個鐵芯上繞有W1a=W1b=W1的兩個初級繞組和W2a=W2b=W2兩個次級繞組。兩個初級繞組的同名端順向串聯(lián)，而兩個次級繞組的同名端則反向串聯(lián)。

當(dāng)被測體沒有位移時銜鐵處于初始平衡位置，與兩個鐵芯的間隙相等，則兩繞組的互感相等，則兩個次級繞組的互感電勢相等。因次級繞組反相串聯(lián)，差動變壓器輸出電壓為零。輸出電壓的大小與相位反映位移的大小和方向。當(dāng)被測體有位移時銜鐵的位置發(fā)生變化，兩次級繞組的互感電勢不相等，即差動變壓器有電壓輸出。目前四十八頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點二、變隙式差動變壓器§4.2差動變壓器式電感傳感器2、變隙式差動變壓器輸出特性在忽略鐵損（即渦流與磁滯損耗忽略不計）、漏感以及變壓器次級開路（或負載阻抗足夠大）的條件下的等效電路。不考慮鐵芯與銜鐵中的磁阻影響時，變隙式差動變壓器輸出電壓為當(dāng)銜鐵處于初始平衡位置時U2=0。若被測體帶動銜鐵移動，向上移動Δδ（向上移動為正）時有變隙式差動變壓器的輸出電壓與銜鐵位移量成正比。目前四十九頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點二、變隙式差動變壓器§4.2差動變壓器式電感傳感器2、變隙式差動變壓器輸出特性閉磁路變隙式差動變壓器的輸出特性表明，變壓器輸出電壓大小與銜鐵位移大小成正比，相位根據(jù)銜鐵移動方向與輸入電壓同相或反向。輸出電壓靈敏度變隙式差動變壓器靈敏度K的表達式為（1）電源幅值的適當(dāng)提高可以提高靈敏度值，但要以變壓器鐵芯不飽和以及允許溫升為條件。

目前五十頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點二、變隙式差動變壓器§4.2差動變壓器式電感傳感器2、變隙式差動變壓器輸出特性（2）增加W2/W1的比值和減小δ0都能使靈敏度K值提高。但W2/W1的比值與變壓器的體積及零點殘余電壓有關(guān)。不論從靈敏度考慮，還是從忽略邊緣磁通考慮，均要求變隙式差動變壓器的δ0愈小愈好。為兼顧測量范圍的需要，一般選擇傳感器的δ0為0.5mm。目前五十一頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點二、變隙式差動變壓器§4.2差動變壓器式電感傳感器2、變隙式差動變壓器輸出特性（3）在考慮鐵損和線圈中分布電容等條件下，傳感器的性能變差（靈敏度降低、非線性加大等）。但是，在一般工程應(yīng)用中可以忽略的。（4）變壓器副邊開路條件，對電子線路構(gòu)成的測量電路很容易滿足。但直接配接低輸入阻抗電路，就必須考慮變壓器副邊電流對輸出特性的影響。目前五十二頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、螺線管式差動變壓器二、變隙式差動變壓器三、差動變壓器式傳感器測量電路§4.2差動變壓器式電感傳感器目前五十三頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點三、差動變壓器式傳感器測量電路§4.2差動變壓器式電感傳感器差動變壓器輸出交流電壓，用交流電壓表測量，只能反映銜鐵位移大小，不能反映移動方向；測量值中還包含零點殘余電壓。R2R1abhgcfde3為了辨別移動方向和消除零點殘余電壓，實際測量時，常常采用差動整流電路和相敏檢波電路。

D2u1u2RRLRD3D1D4RRT1T2e1e2相敏檢波電路全波差動整流電路目前五十四頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點三、差動變壓器式傳感器測量電路§4.2差動變壓器式電感傳感器1、典型差動整流電路半波電壓輸出半波電流輸出全波電壓輸出全波電流輸出目前五十五頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點三、差動變壓器式傳感器測量電路§4.2差動變壓器式電感傳感器2、全波電壓輸出差動整流電路差動變壓器的兩個次級輸出電壓分別全波整流，整流電壓的差值作為輸出，適用于交流阻抗負載。電阻R0用于調(diào)整零點殘余電壓。差動整流電路，電壓輸出的，適用于交流阻抗負載；電流輸出的，適用于低阻抗負載。從電路結(jié)構(gòu)可知，不論兩個次級線圈的輸出瞬時電壓極性如何，流經(jīng)電容C1的電流方向總是從2到4，流經(jīng)電容C2的電流方向總是從6到8，整流電路的輸出電壓為目前五十六頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點三、差動變壓器式傳感器測量電路§4.2差動變壓器式電感傳感器2、全波電壓輸出差動整流電路銜鐵零位時，U24=U68，U2=0；銜鐵上移時，U24>U68，U2>0；銜鐵下移時，U24<U68，U2<0。U2的正負表示銜鐵位移方向;U2的大小表示銜鐵位移大小。

差動整流電路具有結(jié)構(gòu)簡單,不需要考慮相位調(diào)整和零點殘余電壓的影響,分布電容影響小和便于遠距離傳輸?shù)葍?yōu)點，因而獲得廣泛應(yīng)用。目前五十七頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、螺線管式差動變壓器二、變隙式差動變壓器三、差動變壓器式傳感器測量電路§4.2差動變壓器式電感傳感器目前五十八頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點

第4章電感式傳感器4.1變磁阻式電感傳感器4.2差動變壓器式電感傳感器4.3電渦流式傳感器4.4電感式傳感器的應(yīng)用目前五十九頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、電渦流式傳感器基本原理二、電渦流式傳感器輸出特性三、電渦流式傳感器基本類型四、電渦流式傳感器測量電路§4.3電渦流式傳感器目前六十頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、電渦流式傳感器基本原理渦流式傳感器的基本原理：利用金屬導(dǎo)體在交流磁場中的電渦流效應(yīng)。電渦流：若一金屬板置于一只線圈的附近，當(dāng)線圈輸入一交變電流時，便產(chǎn)生交變磁通量，金屬板在此交變磁場中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，稱之為電渦流或渦流。若固定某些參數(shù)，就可根據(jù)渦流的變化測量另一個參數(shù)?！?.3電渦流式傳感器渦流的大小與金屬板的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ、厚度h、金屬板與線圈的距離δ、激勵電流角頻率ω等參數(shù)有關(guān)。激勵線圈金屬導(dǎo)體目前六十一頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、電渦流式傳感器基本原理二、電渦流式傳感器輸出特性三、電渦流式傳感器基本類型四、電渦流式傳感器測量電路§4.3電渦流式傳感器目前六十二頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點二、電渦流式傳感器輸出特性被測導(dǎo)體上形成的電渦流等效成一個短路環(huán)中的電流，短路環(huán)可認(rèn)為是一匝短路線圈，電阻為R2、電感為L2。線圈與被測導(dǎo)體等效為兩個相互耦合的線圈。線圈與導(dǎo)體間存在一個互感M，隨線圈與導(dǎo)體間距的減小而增大。電渦流式傳感器等效電路§4.3電渦流式傳感器根據(jù)基爾霍夫第二定律，有1、等效電路目前六十三頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點二、電渦流式傳感器輸出特性解方程得等效阻抗的表達式為線圈受電渦流影響后的等效電感§4.3電渦流式傳感器線圈受電渦流影響后的等效電阻2、等效阻抗與品質(zhì)因數(shù)線圈等效品質(zhì)因數(shù)特性參數(shù)影響因素：

Q：

L2,R2,L1,R1,ω,MReq、Leq、Q是M2的函數(shù)目前六十四頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、電渦流式傳感器基本原理二、電渦流式傳感器輸出特性三、電渦流式傳感器基本類型四、電渦流式傳感器測量電路§4.3電渦流式傳感器目前六十五頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點三、電渦流式傳感器的基本類型電渦流式傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類。§4.3電渦流式傳感器高頻信號激勵傳感器線圈產(chǎn)生高頻交變磁場，當(dāng)被測導(dǎo)體靠近線圈時，產(chǎn)生電渦流，而電渦流又產(chǎn)生一交變磁場阻礙外磁場的變化。1、高頻反射式從能量角度分析，被測導(dǎo)體內(nèi)存在著電渦流損耗，使傳感器的Q值和等效阻抗Z降低。當(dāng)被測體與傳感器間距離改變時，傳感器的Q和Z、電感L均發(fā)生變化，位移量轉(zhuǎn)換成電量。目前六十六頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點三、電渦流式傳感器基本類型§4.3電渦流式傳感器發(fā)射線圈和接收線圈置于被測金屬板上下方。當(dāng)?shù)皖l電壓加到線圈1的兩端后，產(chǎn)生磁場線的一部分透過金屬板，使線圈2產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。但渦流消耗部分磁場能量，使感應(yīng)電動勢減少，當(dāng)金屬板越厚時，損耗的能量越大，輸出電動勢越小。2、低頻透射式電動勢的大小與金屬板的厚度及材料的性質(zhì)有關(guān)。電動勢隨材料厚度的增加按負指數(shù)規(guī)律減少。若金屬板材料的性質(zhì)一定，即可測厚度。目前六十七頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、電渦流式傳感器基本原理二、電渦流式傳感器輸出特性三、電渦流式傳感器基本類型四、電渦流式傳感器測量電路§4.3電渦流式傳感器目前六十八頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點三、電渦流式傳感器測量電路1、調(diào)頻式電路電渦流傳感器的測量電路主要有調(diào)頻式、調(diào)幅式電路和交流電橋等。傳感器線圈接入振蕩回路，當(dāng)傳感器與被測導(dǎo)體距離改變時，在渦流影響下，傳感器的電感變化，導(dǎo)致振蕩頻率的變化?！?.3電渦流式傳感器頻率變化是距離的函數(shù)，頻率可由數(shù)字頻率計直接測量，或通過頻率~電壓變換，用電壓表測量對應(yīng)的電壓。目前六十九頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點三、電渦流式傳感器測量電路2、調(diào)幅式電路傳感器線圈L、電容器C和石英晶體組成石英晶體振蕩電路。當(dāng)金屬導(dǎo)體遠離傳感器線圈時，諧振回路諧振頻率fo，回路呈現(xiàn)的阻抗最大，諧振回路上的輸出電壓也最大；當(dāng)金屬導(dǎo)體靠近時，線圈的等效電感L發(fā)生變化，導(dǎo)致回路失諧，輸出電壓降低，L的數(shù)值隨距離的變化而變化。因此，輸出電壓也隨而變化?！?.3電渦流式傳感器石英晶體振蕩器起恒流源的作用，給諧振回路提供一個頻率f0穩(wěn)定的激勵電流io，LC回路的阻抗為Z時輸出電壓目前七十頁\總數(shù)八十五頁\編于十六點一、電渦流式傳感器基本原理二、電渦流式傳感器輸出特性三、電渦流式傳感器基本類型四、電渦流式傳感器測量電路§4.3電渦流式傳感器目前七十一頁\總