下页返回第4章 电感式传感器4.1 变磁阻电感式传感器 4.2 差动变压器电感式传感器 4.3 涡流式传感器下页上页返回主要介绍利用变磁阻电感式（自感式）传感器，利用互感原理的互感式传感器(通常称为差动变压器式传感器)，利用涡流原理的电涡流式传感器。 电感式传感器是建立在电磁感应的基础上，利用线圈自感或互感的改变来实现非电量的检测。 下页上页返回4.1 变磁阻电感式传感器 4.1.1 工作原理变磁阻电感式传感器是把被测量的变化通过磁阻的变化转换成自感L的变化，通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。 线圈中电感量可由下式确定： 根据磁路欧姆定律：式中, Rm为磁路总磁阻。 （4-1）（4-2）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 （4-3） 下页上页返回通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即 （4-4） 则式（4-3）可写为 （4-5） 联立式（4-1）、 式（4-2）及式（4-5）， 可得 （4-6） 下页上页返回上式表明：当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数，改变或A0均可导致电感变化，因此变磁阻电感式传感器又可分为变气隙厚度的传感器和变气隙面积A0的传感器。 目前使用最广泛的是变气隙厚度电感式传感器。 下页上页返回差动变隙式电感传感器的原理结构图下页上页返回下页上页返回 初态时：若结构对称，且动铁居中，则差动变隙式自感传感器的工作原理如下: 动铁上移时：则下页上页返回l 动铁位移时，输出电压的大小和极性将跟随位移的变化而变化。输出电压不但能反映位移量的大小，而且能反 映位移的方向。l 输出电压正比于2I，因而灵敏度较高，非线性减小。 动铁下移时：同理可得4.1.2 输出特性L与之间是非线性关系， 特性曲线如图4-2所示。图4-2 变隙式电压传感器的L-特性下页上页返回分析：当衔铁处于初始位置时，初始电感量为（4-7） 当衔铁上移时，传感器气隙减小，即=0， 则此时输出电感为（4-8） 下页上页返回当/0U68 ，则U20；当铁芯在零位以下时，因为U24U68 ，则U20。可见铁芯在零位以上或以下时，输出电压的极性相反，于 是零点残余电压会自动抵消。此外，该电路还具有结构简单、 分布电容影响小和便于远距离传输等优点，获得广泛的应用。下页上页返回差动变压器和LZX1（相敏整流放大器）的连接电路如图所示。u2为信号输入电压，us为参考输入电压，R为调零电 位器，C为消振电容，移相器使参考电压和差动变压器次级 输出电压同频率，相位相同或相反。2. 相敏检波电路4.2.3 差动变压器式传感器的应用可直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。 微压传感器 CPC型差压计下页上页返回图4.21 差动变压器式加速度传感器原理图 将衔铁的A端与被测振动体相连， 此时传感器作为加速度测量中的惯性元件，它的位移与被测加速度成正比，使加速度测量转变为位移的测量。当被测体带动衔铁以x(t)振动时，导致差动变压器的输出电压也按相同规律变化。 下页上页返回下页上页返回4.3 电涡流式传感器 根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈漩涡状流动的感应电流 ，称之为电涡流，这种现象称为电涡流效应。可对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤（探伤）实 西现非接触测量，体积小、灵敏度高，应用广泛。下页上页返回4.3.1 工作原理电涡流传感器原理下页上页返回解此方程组可得电涡流传感器的等效阻抗为电涡流传感器的等效阻抗可表示为 等效电阻 等效电感 根据等效电路，可列出电路方程组为下页上页返回由此可见，被测量数变化可以转换成传感器线圈的等效阻抗Z、等效电感L及品质因素Q等的变化。通过转换电路可把这些种参数转换为电压或电流输出。线圈的品质因数由无涡流时的 下降为下页上页返回4.3.3 电涡流传感器测量电路主要有调频式、 调幅式等电路。 1. 调频式电路 下页上页返回2. 调幅式电路由传感器线圈L、电容器C和石英晶体组成。石英晶体振荡器起恒流源的作用，给谐振回路提供一个频率（f0）稳定的激励电流io，LC回路输出电压 下页上页返回3. 正反馈电路放大器的反馈电路是由ZL 组成，当线圈与被测体之间的 距离发生变化时，ZL变化，反 馈放大电路的放大倍数发生变 化，从而引起运算放大器输出 电压变化，经检波和放大后使 测量电路的输出电压变化。因 此，可以通过输出电压的变化 来检测传感器和被测体之间距 离的变化。反馈法测量电路原理图下页上页返回1. 位移测量4.3.4 电涡流电感式传感器的应用2. 振幅测量下页上页返回3. 转速测量在一个旋转体上开一条或数条槽，或者加工成齿轮 状，旁边安装一个电涡流传 感器。当旋转体转动时，传 感器将周期性地改变输出信 号，此电压信号经过放大整 形后，可用频率计指示出频 率值，可由式算出转速为下页上页返回4. 无损探伤电涡流式传感器可以对被测对象进行非破坏性的探伤，在检查时，使传感器与被测体的距离不变，如有裂 纹出现时，导体电阻率、磁导率发生变化，从而引起传 感器的等效阻抗发生变化，通过测量电路达到探伤的目 的。下页上页返回电涡流探雷器下页上页返回5. 接近开关下页上页返回第4章 本章要点结束上页返回l （变磁阻、差动变压器、涡流式）电感传感器的 工作原理 l 电感式传感器的转换电路（主要是调幅电路差动式电桥）分析l 相敏整流电路分析l 零点残余电压的成因、危害及补偿方法l 涡流式传感器的工作原理l 电感式传感器（主要是涡流传感器）的主要应用