Eout Ew
W1 W W2
Eout
-x
x
电感式传感器的设计
差动变压器传感器产品
GA系列差动变压器位移传感器
交流差动变压器 式角位移传感器
TD－1油动机行程阀位位移传感器
电感式传感器的设计
二、差动变压器式传感器的工作原理
1．结构： 可分间隙式和螺管式两种
以螺管式为例
图中：1－一次绕组 2、3－二次绕组 4－衔铁
差动变压器的结构示意图
电感式传感器的设计
2．工作原理 把铁芯位移量转换成初级线圈及次级线圈互感
系数的变化，图中M1、M2与位移x有关。
当位移 x 很小时： Uo=k |x |
（无法判别位移方向）
差动变压器等效电路
电感式传感器的设计
差动变压器原理动画演示
电感式传感器的设计
差动变压器输出特性
1－理想特性 2－实际特性
●
（u21=u22）
Uac=Uda 可调节R1=R2
使 ImA=I1－I2=0
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3. 谐振式测量电路 分为：谐振式调幅电路和谐振式调频电路。
C
U o
L U
T U o
(a)
O
L0
L
(b)
图3-6 谐振式调幅电路
此电路灵敏度很高， 但线性差电，感式适传用感器于的线设性计 度要求不高的场合
f
C
L
G
f
o L
(a)
(b)
图3-7 谐振式调频电路
f与L具有严重的非线性关系
目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器。
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二、 L与δ之间是非线性关系， 特性曲线如图3-2所示。
L W20S0 2
L
L0＋L
L0 L0－L
o － ＋
图3-2 变隙式电压传感器的L-δ特性
电感式传感器的设计
K0 LL0 0
20S0 202
（3-15）
可见：变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相 矛盾，因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。
（3-2）
电感式传感器的设计
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即
则式（3-2）可写为
2 0S0 2 0S0
l1
1S1
l2
2 S 2
Rm
2 0S0
联立式（3-1）及式（3-4）， 可得
W2 L
W20S0
Rm 2
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（3-3） （3-4） （3-5）
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，改变δ或S0均可导致电感变化，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S0的传感器。
当传感器衔铁上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ，
Uo
ZU LU Z 2 L2
当传感器衔铁下移：如Z1=Z－ΔZ，Z2=Z+ΔZ， 此时
Uo
ZU LU Z2 L2
可知：衔铁上下移动相同距离时，输出电压相位相反，大小随衔铁的位移 而变化。由于是交流电压， 输出指示无法判断位移方向，必须配合相敏 检波电路来解决。
问题： ①零点残余电压E0 ②超过一定范围为非
线性
电感式传感器的设计
零点残余电压
电感式传感器的设计
产生零残电压的主要原因： ①结构不对称；②存在寄生参数；③电源有高次 谐波；④磁路的磁化曲线非线性。
减小零残电压的方法： ①提高对称性；②减少电源谐波成分；③使衔铁 工作在磁化线性区；④采用电路补偿等。
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三、基本特性 1．灵敏度
为了获得高的灵敏度，尽量提高励磁电压，电 源频率以400Hz到10kHz为佳。
灵敏度一般可达0.5~5V/mm，行程越小，灵敏 度越高。
2．线性范围
线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右，只有 中间部分线性较好。
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四、测量转换电路 常用测量转换电路
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1、交流电桥式测量电路
Z1
Z 3＝R
U 0
Z2
Z4＝R
Uo
ZU LU Z2 L2
U o
图3-4 交流电桥测量电路
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2. 变压器式交流电桥
C ＋U
U
－2
＋U
－2 D
Z1
＋A Z2 U o
－ B
图3-5 变压器式交流电桥
.
U U .
0
Z2 Z1
Z1 Z2
2
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被测物理量 （非电量：位移、 电磁感应
振动、压力、
流量、比重）
线圈自感系数L/ 互感系数M
电感/互感
电压或电流 （电信号）
分类:
变磁阻式（自感）
电感式传感器
差动变压器式（互感）
电涡流式
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第一节 变磁阻式—自感型
一、原理:自感变化
可变导磁面积型
差动型
电感式传感器的设计
l1 S1
1 L
电感式传感器的设计
为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变 隙式电感传感器。
1-铁芯； 2-线圈； 3-衔铁
图3-3 差动变隙式电感传感器
当衔铁向上移动时，两个电线感式圈传的感器电的设感计变化量分别为L1、L2
结论： ①差动式为简单式电感传感器灵敏度的2倍。 ②非线性减小。简单式电感传感器非线性误差 ③克服温度等外界共模信号干扰。
电感式传感器的设计
电感式传感器的设计
电感式传感器的设计
4. 应用
线圈 铁芯
衔铁
U～ A
膜盒
P
电感式压力传感器结构图
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C形 弹 簧 管
线 圈1
输出
调 机械 零 点螺 钉
线圈2 衔铁
P
～
电感压力传感器
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第二节 差动变压器式传感器
一、结构与工作原理
工作原理:互感现象.
差分相敏检波电路 差分整流电路
差分整流电路
电流输出型 电压输出型
全波电流输出型 半波电流输出型
全波电压输出型 半波电压输出型
差分变压器对测量转换电路的要求为： ①判别衔铁位移方向及大小； ②消除零点残余电压。
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以全波电流输出型差分整流电路为例说明其工 作原理：
（1）铁芯在中心位置时：2 Wl2S23±
1—线 圈 ； 2—铁 芯 (定 铁 芯 )； 3—衔 铁 (动 铁 芯 )
图3 – 1 变磁阻式传感器
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线圈中电感量可由下式确定：
LW2 Rm
式中, Rm为磁路总磁阻。
（3-1）
气隙很小，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
Rml11S1l22S220S0
------传感器应用技术
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技能训练目标要求: 1、掌握电感传感器的结构原理； 2、学会电感接近开关的设计方法与应用电路； 3、进一步掌握锡焊技巧和电路调试方法； 4、了解电感式传感器的应用情况； 5、锻炼同学们的敬业精神和团队意识。
电感式传感器的设计
电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被 测量(力、位移)转化为电感量的一种装置。