①总有零点残余电压输出 → 零位附近的小位移 测量困难。
②交流电压表无法判别衔铁移动方向。
常采用差动相敏检波电路、差动整流电路来解决。
差动相敏检波电路
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
差动整流电路
3.2.4 零点残余电压的补偿
差动变压器也存在零点残余电压问题。零点残余电压 的存在使得传感器的特性曲线不通过原点，并使实际 特性不同于理想特性。
电涡流在金属导体内的渗透深度为：
h 5030 f
h渗透深度，cm； ρ金属导体的电阻率，Ω·cm；
μ相对磁导率； f 激励源频率，Hz
频率f 越高，电涡流的渗透深度h越浅，集肤效应越严重。 故涡流传感器可分为高频反射式和低频透射式。
3.3.2 转换电路
涡流传感器把被测量的变化转换成传感器线圈的品质
因数Q、等效阻抗Z 和等效电感L的变化。转换电路的
任务是把这些参数转换为电压或电流输出。
利用阻抗Z 的转换电路一般用电桥桥路，它属于调幅
电路。
利用电感L的转换电路一般用谐振电路，可分为调幅电
路和调频电路。
一、电桥电路 图3-28 涡流式传感器电桥电路
二、谐振调幅电路 图3-29 谐振调幅电路
图3-30 谐振调幅电路特性
当金属板置于变化磁场中或在磁场中运动时，金属板中产生 感应电流，这种电流在金属板体内是闭合的，称为涡流(Eddy Current)。
LZ
Q
图3-27 涡流式传感器原理图
若x一定，变化或可实现材质鉴别或无损探伤。
集肤效应（趋肤效应）
涡流在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只 集中在金属导体的表面。
弹性元件是簿壁圆筒，在
外力F 作用下，变形使差
动变压器的铁心产生微位 移，变压器次级产生相应 电信号。
为了减小横向力或偏心力 的影响，传感器的高径比 应较小。
2膜盒； 5差分变压器； 6衔铁
图3-25 微压传感器
图3-26 加速度传感器
案例：板厚测量
~
案例：张力测量
3.3 涡流式传感器
3.3.1 工作原理
0
二、调频电路
传感器电感L的变化将引起输出电压频率f 的变化。
把传感器电感L和一个固定电容C接入一个振荡回路。 当L变化时，振荡频率随之变化，根据的f 大小即可 测出被测量值。
图3-8 调频电路
线性度较差，只有f 较大时才能达到较高 精度。
三、调相电路
传感器电感L的变化将引起输出电压相位φ的变化。 调相电桥电路，一臂为传感器L，一臂为固定电阻R。设计
A、B为山字形固定铁心
两个线圈，W1a及W1b为一次 绕组，W2a及W2b为二次绕组 C为衔铁。
气隙型差分变压器式传感器
截面积型差动变压器式传感器
3.2.2 差动变压器式传感器等效电路
各r为线圈的直流电阻
幅频、相频特性曲线
灵敏度为：
3.2.3 差分变压器式传感器的测量电路
差分变压器随衔铁的位移输出一个调幅波，直接 用电压表测量时存在下述问题：
转换电路
调幅电路 调频电路 调相电路
一、调幅电路 1、交流电桥
空载时，交流电桥的开路输出电压为：
接入负载时，交流电桥的输出电压为：
电阻平衡臂电桥
忽略直流电阻的变化，并且 电感线圈的品质因数设计的很大时：
变压器电桥
以上两种情况的空载输出完全一样。 但后者使用元件少，输出阻抗小，广泛使用。
2、谐振式调幅电路
三、谐振调频电路 图3-31 调频电路原理图
3.3.3 涡流式传感器的特点及应用
涡流式传感器的特点是结构简单、易于进行非接触的连续 测量，灵敏度较高，适用性强。
图3-32 低频透射涡流测厚仪原理
图3-33 不同频率下的e=f(h)曲线
径向振动测量
轴心轨迹测量
转速测量
表面裂缝检测
案例： 无损探伤 火车轮检测
3电感式传感器WL
3.1 自感式传感器
3.1.1 工作原理
衔铁
线圈
固定铁心
电感 LW20S0
2l0
电感与线圈匝数W 的平方成正比；与空气隙有效截 面积S0成正比；与空气隙长度l0所反比。
3.1.4 转换电路
自感式传感器把被测量的变化转变为电感量的变化。 为了测出电感量的变化，同时也为了送入下级电路 进行放大和处理，需要用转换电路把电感变化转换 成电压/电流的变化（幅值、频率、相位的变化）。
时使电感线圈具有高品质因数，忽略其损耗电阻，则电 感线圈上压降UL与固定电阻上压降UR互相垂直，当电感L 变化时，输出电压U0的幅值不变，相位角φ随之变化。
Δφ U0 U0
3.1.5 零点残余电压
在电桥预平衡时，无法真正实现平衡，最后总要存 在着某个输出值ΔU0
图3-10 U0-l 特性
3.1.6 自感式传感器的特点以及应用
采用对称度很高的磁路线圈来减小零点残余电压在设 计和工艺上是有困难的，可在电路上采取补偿措施， 这是最简单有效的方法。
零点残余电压补偿电路
3.2.5 变压器式传感器的应用举例
差动变压器式位移传感器
1测头；2轴套；3测杆；4衔铁； 5线圈架；6弹簧；8屏蔽筒； 9圆片弹簧；10防尘罩
差动变压器式测力装置
原理 裂纹检测，缺陷造成涡流变化。
油管检测
案例： 零件计数
3.4 压磁式传感器
3.4.1 工作原理
某些铁磁物质在机械力的作用下，其内部产生机械应力， 从而引起磁导率的变化，这种现象称为“压磁效应”。 相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生变形， 这种现象称为“磁致伸缩”。
3.4.2 结构形式
一、利用一个方向磁导率的变化
二、利用两个方向上磁导率的改变
三、维捷曼效应
①灵敏度比较好，输出信号比较大,信噪比较好； ②测量范围比较小，适用于测量较小位移； ③存在非线性； ④消耗功率较大，尤其是单极式电感传感器（电磁 吸力）； ⑤工艺要求不高，加工容易。
图3-11 测气体压力的电感传感器
P2 图3-12 压差传感器
3.2 变压器式传感器
3.2.1 工作原理
将被测量转换为线圈间互感系数的变化。多采用差动形式。