结论：输出U0的大小与位移的大小相关； 输出U0的方向与位移方向相关，可相差1800 但交流表只能反映输入的大小，无法辩向。 残余电压是由于结构上不对称及励磁电压中有高次 谐波等原因造成。
3、相敏整流电路：既反映输入的大小，又能辩向
在中间位置时， Z = Z1 = Z2 输出为零 如衔铁上移：Z1 =Z+ΔZ Z2 =Z-ΔZ 当电源上正下负时,VR1< VR2 输出下正上负 当电源上负下正时，VR1 > VR2 输出仍下正上负 所以：当衔铁上移时，输出下正上负，其大小与位移相关
R
m
一般导磁体的磁阻与空气隙 的磁阻相比很小，可忽略。
自感型--可变磁阻式位移传感器
可变磁阻式
L
w
2
0S 2
(a)
(b)
(c)
(d)
（a）可变导磁面积型；（b）差动型；（c）单螺管线圈型；（d）双螺管线圈差动
W 0 S W 0 W 0 S 1 L ,L S, L 2 2 2
3.2 自感传感器
一、简单自感传感器
工作原理 1、结构： 由线圈、铁心 和衔铁组成。
衔铁 δ 线圈 铁芯
Δδ
2、线圈自感电动势：
e
'
L
e L Ne N L t t N L I I L I I eL L t
'
t
例子：
3.3 差动变压器
一、概念： 差动变压器是互感传感器，是把被测 位转换为传感器线圈的互感的变化量， 由于常做成差动的，故称差动变压器。 二、工作原理 主要由一个线框和一个铁心组成。一 次线圈一组，二次线圈两组。
1
2 4 3
2
1
3
4
(b)螺管型 (a)气隙型
Es
-x
x
当铁芯在平衡位置时，US1 = US2
2 2 2
变S型：线性，灵敏度低，行程较长 变气隙型：线性较差，灵敏度较高，行程短
螺管式：结构简单,灵敏度较低,行程长
螺管式线圈 插棒式铁芯 线圈1 铁芯 线圈2
（a)
(b)
三、差动自感传感器
1、组成：由两个具有公共衔铁的完全相 同的自感传感器组成，衔铁处 于中间位置时，U0=0 2、特点：抗干扰能力强，灵敏度提高一 倍，线性好，精度及特性变好 ，电磁吸力对测量力的影响相 互抵消。
3、线圈自感L：
R
i 1
n
mi


i 1 n
n
li i si
空气隙相对截面积
R

m

i 1 m
li 2 2 i si 0 s 0 s
WI
R

磁路欧姆定律
W
2
空气隙 厚度
W 2 0 s W2 2 2 0 s
W L I I W 2 0 s L 2
2 2
M2 = M-ΔM
U1
与U21极性相同
如铁芯下移：M1 = M-ΔM
U2
2
M2 =M+ΔM
U1
2M R1 (L1 ) 2
与U21极性相反
三、特性 1、灵敏度： 一般大于50mV/mm/V 提高灵敏度的措施： 提高Q值，增大尺寸，长度：直径=1.2:2.0 增大铁芯直径，采用导磁率高的材料； 提高励磁电压。 2、频率特性 ： 激磁频率一般取：10～50KHZ， 也可在5～400KHZ内。 但频率太高引起温度及频率误差增大 频率太低引起铁损及偶合电容影响增大
3 电感传感器
电气信息学院
被测非电量
电磁 感应
自感系数L 互感系数M
测量 电路
U、I、f
自感式传感器 电感式传感器 互感式传感器 电涡流式传感器
3.1 概述
1、定义： 电感传感器是将被测量转换为线圈的自感 或互感的变化来测量的装置。 2、特点： 结构简单、可靠，输出功率高，分辨力高 （0.01μm),灵敏(几百mV/1mm) 线性较好(0.05～0.1%），稳定，抗干扰能力 强。 但频率响应低，不宜进行快速动态测量。
(M1 M 2 )
R1
2
U1 M2) R1 jL1
(L1 ) 2

U1
Z R21 R21 jL21 jL22 Z ( R21 R21 ) 2 (L21 L22 ) 2
中间位置时， M1 = M2 输出为零
如铁芯上移：M1 =M+ΔM
U2 2M R1 (L1 )
差动变压器输出 电势Ｕ０与衔铁 位移x的关系。其 中x表示衔铁偏离 中心位置的距离。
e21
Ｕ０
e22
Ｕ０
0
x
差动变压器输出特性
空载时的等效电路
I1

U1 R1 jL1


E1 jM 1 I1 E2 jM 2 I1



U 2 E1 E2 j ( M 1 U2
Z1 A Z2
U 0
B
如衔铁上移： δ1↓→ωL1↑→ Z1 =Z+ΔZ δ2↑→ωL2↓→ Z2 =Z-ΔZ L U0 2 r 2 (L0 ) 2
L U0 2 r 2 (L0 ) 2
四、测量电路 如衔铁下移：Z1 =Z-ΔZ Z2 =Z+ΔZ 相差1800 变压器电桥简单，输出阻抗小，应用广泛。
同理：如衔铁下移：Z1 =Z-ΔZ
Z2 =Z+ΔZ
当电源上正下负时,VR1 > VR2 输出上正下负
当电源上负下正时,VR1 < VR2 输出仍上正下负
所以：当衔铁下移时，输出上正下负，其大小与位
移相关。
4、特点
简单，输出功率大，精度较高，但输出与激励电 源频率相关，要求有稳频电源。 5、应用 测位移。派生量：压力、流量、厚度、震动等， 量程<100mm
四、测量电路（L→I/V 的幅值、频率P58、相位P59的 变化） 基本测量电路通常都采用交流桥路
一 般 电 桥

U0
U
U0
R0 Z1 U Z U U Z1 Z 2 R0 R0 2 Z
U0
U jL U L 2 r jL0 2 L0
Z1 =Z+ΔZ
Z2 =Z-ΔZ
2 、变压器电桥 四、测量电路

U0 U A U B

Z1 1 U Z U U Z1 Z 2 2 2 Z


都采用交流桥路
C I
U jL U L 基本测量电路通常 2 r jL0 2 L0
~
D
U 2 U 2