传感器与检测技术3

1、 传感器与检测技术传感器与检测技术第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用本章教学目标本章教学目标 （1）了解电容式传感器的基本概念与种类；）了解电容式传感器的基本概念与种类； （2）了解电容式传感器的基本特性；）了解电容式传感器的基本特性； （3）理解电容式传感器的工作原理与测量电路；）理解电容式传感器的工作原理与测量电路； （4）掌握电容式传感器的应用；）掌握电容式传感器的应用；本次课教学重点与难点本次课教学重点与难点 重点：重点：电容式传感器的结构与类型、工作特性、测量电路和工作原理。电容式传感器的结构与类型、工作特性、测量电路和工作原理。 难点：难点：电容式传感器测量的基本原理

2、与测量电路及其应用。电容式传感器测量的基本原理与测量电路及其应用。 3.1工作原理及结构形式工作原理及结构形式0rAACdd 电容传感器的理想公式为电容传感器的理想公式为 d 极板间距离；极板间距离； A 极板面积；极板面积；电容极板间介质的介电常数。电容极板间介质的介电常数。 第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用 改变改变d d、A A、 三个参量中的任意一个量，均可使平板电容的三个参量中的任意一个量，均可使平板电容的电容量电容量C C 改变。改变。 固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器。固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器。 声传感器应用模型声传感器

3、应用模型第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用3.1 电容式传感器工作原理及类型电容式传感器工作原理及类型 电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容变化量的一种传感器。电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容变化量的一种传感器。 根据电容传式感器的工作方式可以分为：根据电容传式感器的工作方式可以分为： 变极距式变极距式 变面积式变面积式 变介质式变介质式 第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用3.1.1 变面积式电容传感器变面积式电容传感器 面积变化式电容传感器在工作时的极距面积变化式电容传感器在工作时的极距d，介质，介质

4、 等保持不变，被测量等保持不变，被测量的变化使其有效作用面积发生改变。的变化使其有效作用面积发生改变。 第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用3.1.1 变面积式电容传感器变面积式电容传感器 面积变化式电容传感器在工作时的极距面积变化式电容传感器在工作时的极距d，介质，介质 等保持不变，被测量等保持不变，被测量的变化使其有效作用面积发生改变。的变化使其有效作用面积发生改变。 变面积式电容传感器的两个极板中，一个是固定不动的，称为变面积式电容传感器的两个极板中，一个是固定不动的，称为定定极板，另一个是可移动的，称为动极板。极板，另一个是可移动的，称为动极板。第第3章章 电容式传感器及应

5、用电容式传感器及应用 （a）为平板形位移电容传感器）为平板形位移电容传感器 设两个相同极板的长为设两个相同极板的长为 b，宽为，宽为 a，极板间距离为，极板间距离为 d，当动极板移动后，当动极板移动后，电容电容 Cx 也随之改变。也随之改变。 电容的相对变化量和灵敏度为：电容的相对变化量和灵敏度为：0()xax babxbCCCddd-0CxCaCbKxd 第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用（b b）为圆柱线位移电容传感器）为圆柱线位移电容传感器 灵敏度灵敏度K K也为一常数。也为一常数。液位传感器hC1CC212212122()ln(/ )ln(/ )xxxhhhCAKhrrr

6、r可见，传感器电容量C与被测液位高度hx成线性关系。 2r22r1hx2212ln(/ )hArr12212 ()ln(/ )Krr 第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用例例 某电容式液位传感器由直径为某电容式液位传感器由直径为40mm40mm和和8mm8mm的两个同心圆柱体组的两个同心圆柱体组成。储存灌也是圆柱形，直径为成。储存灌也是圆柱形，直径为50cm50cm，高为，高为1.2m1.2m。被储存液体的。被储存液体的r r 2.12.1。计算传感器的最小电容和最大电容以及当用在储存。计算传感器的最小电容和最大电容以及当用在储存灌内传感器的灵敏度灌内传感器的灵敏度(pF/L)(p

7、F/L)解：解：10pFmmpFrrHC46.415ln2 . 1)/85. 8(2ln2120minpFpFrrHCr07.872 . 146.41ln2120maxLmmHdV6 .2352 . 14)5 . 0(422LpFLpFpFVCCK/19. 06 .23546.4107.87minmax第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用（c）为角位移形式的电容传感器）为角位移形式的电容传感器 当动极板有一角位移时，两极板的相对面积当动极板有一角位移时，两极板的相对面积A也发生改变，导致两也发生改变，导致两极板间的电容量发生变化极板间

8、的电容量发生变化 。 当当 时时 当当 时时 由此可知，电容与角位移成线性关系。由此可知，电容与角位移成线性关系。 其灵敏度为：其灵敏度为：000ACd00(1)(1)ACCd0ddCAKd 第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用3.1.2 变极距式电容传感器变极距式电容传感器 变极距式电容传感器是：变极距式电容传感器是：两极板的有效作用面积及极板间的介质保两极板的有效作用面积及极板间的介质保持不变，则持不变，则电容量电容量 C 随随极距极距 d 按非线性关系变化。按非线性关系变化。 00dACxdACx0第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用3.1.2 变极距式电容传感器

9、变极距式电容传感器 变极距式电容传感器是：变极距式电容传感器是：两极板的有效作用面积及极板间的介质保两极板的有效作用面积及极板间的介质保持不变，则持不变，则电容量电容量 C 随随极距极距 d 按非线性关系变化。按非线性关系变化。 变极距式电容传感器的结构与特性，如图变极距式电容传感器的结构与特性，如图3-3所示。所示。 图3-3 变极距式电容传感器的结构和特性曲线第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用 (1) 当动极板当动极板2未动时传感器初始电容值为：未动时传感器初始电容值为： (2) 当动极板当动极板2移动移动 x 值后，电容变化量为：值后，电容变化量为：当当 时时00ACd00

10、000(1)1xCAxCCxdxdxd0 xd00(1)xxCCd0200ddCCAKxdd k不是常数不是常数,且与且与d 成反比。极距越小灵敏度越高，成反比。极距越小灵敏度越高，但非线性误差会越大。实际应用中为提高灵敏度和扩但非线性误差会越大。实际应用中为提高灵敏度和扩大线性范围，多采用差动式电容传感器。大线性范围，多采用差动式电容传感器。20 为了提高灵敏度，应使当d0小些还是大些？当变间隙式电容传感器的初始极距d0较小时，它的测量范围变大还是变小？ 第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用差动结构差动结构.)()(1111302000000001ddddddCddcdddsdd

11、sC.)()(1111302000000002ddddddCddcdddsddsC.)()(1 240200021ddddddCCCC第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用忽略高次项得忽略高次项得002ddCC则则灵敏度系数灵敏度系数200022dsdCdCk结论：结论：差动结构可使传感器灵敏度提高一倍。差动结构可使传感器灵敏度提高一倍。减小了非线性误差。减小了非线性误差。能够更好地克服温度等外界共模信号干扰。能够更好地克服温度等外界共模信号干扰。第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用3.1.3 变介电常数式电容传感器变介电常

12、数式电容传感器 主要用来测量两极板之间的介质的某些参数的变化，如介质厚度、主要用来测量两极板之间的介质的某些参数的变化，如介质厚度、介质湿度、液位等。介质湿度、液位等。 工作原理：被测量的变化使其极板之间的介质情况发生变化。工作原理：被测量的变化使其极板之间的介质情况发生变化。 如图如图3-5所示：所示： 图3-5 变介质式电容传感器第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用3.1.3 变介电常数式电容传感器变介电常数式电容传感器工作原理：被测量的变化使其极板之间的介质情况发生变化。工作原理：被测量的变化使其极板之间的介质情况发生变化。变介电常数电容式传感器原理动画演示： 第第3章章 电

13、容式传感器及应用电容式传感器及应用 由图由图3-5（a）可知，传感器的总容量）可知，传感器的总容量C，由电容，由电容C1和和C2的并联结果。的并联结果。 由图由图3-5(b)可知，传感器的总容量可知，传感器的总容量C，等于上下部分电容，等于上下部分电容C1和和C2的并联的并联结果。结果。 灵敏度为：灵敏度为：)(20100021llldbccCrr)/ln(2)/ln()(20021dDhdDhlccCbhahdDdDlx)/ln()1(2)/ln(200bdhdcK常用材料的介电常数常用材料的介电常数 第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用三种电容式传感器比较表三种电容式传感器比较

14、表类型类型变间隙变间隙变间隙变间隙变间隙变间隙变面积变面积变面积变面积变面积变面积变介电常数变介电常数变介电常数变介电常数变介电常数变介电常数应用场合应用场合线位移线位移角位移或较大线角位移或较大线位移位移物位、湿度、密物位、湿度、密度度是否线性是否线性非线性关系。非线性关系。灵敏度也不是灵敏度也不是常数。常数。线性关系线性关系 线性关系线性关系 第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用 3.2 电容式传感器的转换电路电容式传感器的转换电路 电容传感器将被测量的变化转换成电容的变化后，还需由后接的转电容传感器将被测量的变化转换成电容的变化

15、后，还需由后接的转换电路将电容的变化进一步转换成电压、电流或频率的变化。换电路将电容的变化进一步转换成电压、电流或频率的变化。 常用的测量电路有：常用的测量电路有： 交流电桥交流电桥 调频电路调频电路 运算放大器式电路运算放大器式电路 脉冲宽度调制电路脉冲宽度调制电路 二极管双二极管双T型交流电桥型交流电桥 第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用 1交流电桥交流电桥 如图如图3-6所示，所示，为电感为电感-电容电桥。电容电桥。 图3-6 交流电桥转换电路 由图可知，由图可知，变压器的两个二次绕组变压器的两个二次绕组L1、L2与差动电容传感器的两个电容与差动电容传感器的两个电容C1、C

16、2作为电桥的作为电桥的4个桥臂，由高频稳幅的交流电源为电桥供电。电桥的输出为一调幅个桥臂，由高频稳幅的交流电源为电桥供电。电桥的输出为一调幅值，经放大、相敏检波、滤波后，获得与被测量变化相对应的输出，最后为仪表值，经放大、相敏检波、滤波后，获得与被测量变化相对应的输出，最后为仪表显显示记录示记录。第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用 2调频电路调频电路 如图如图3-7所示，所示，把传感器接入调频振荡器的把传感器接入调频振荡器的LC谐振网络中，被测量谐振网络中，被测量的变化引起传感器电容的变化，继而导致振荡器谐振频率的变化的变化引起传感器电容的变化，继而导致振荡器谐振频率的变化。 图

17、3-7 调频电路 调频电路的特点：调频电路的特点：测量电路的灵敏度很高，可测测量电路的灵敏度很高，可测0.01 m的位移变化的位移变化量，抗干扰能力强（加入混频器后更强），缺点是电缆电容、温度变化量，抗干扰能力强（加入混频器后更强），缺点是电缆电容、温度变化的影响很大。的影响很大。第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用 3运算放大器式电路运算放大器式电路 极距变化型电容传感器的电容与极距之间的关系为反比关系，传感极距变化型电容传感器的电容与极距之间的关系为反比关系，传感器存在原理上的非线性。器存在原理上的非线性。利用运算放大器的反相比例运算可以使转换电利用运算放大器的反相比例运算可以

18、使转换电路的输出电压与极距之间关系变为线性关系。路的输出电压与极距之间关系变为线性关系。 如图如图3-8 所示，为运算放大器式电路。所示，为运算放大器式电路。根据运算放大器的反相比例运根据运算放大器的反相比例运算关系，有：算关系，有： 图3-8 运算放大器式电路 运算放大器式电路的特点：运算放大器式电路的特点：原理较为简单，灵敏度和精度最高。但一原理较为简单，灵敏度和精度最高。但一 般需用驱动电缆技术来消除电缆电容的影响，电路较为复杂且调整困难。般需用驱动电缆技术来消除电缆电容的影响，电路较为复杂且调整困难。dAeCeCCeZZessxsf00000第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及

19、应用 4. 脉冲宽度调制电路脉冲宽度调制电路 脉冲宽度调制电路脉冲宽度调制电路 （PWM） 是利用传感器的电容充放电使电路输出是利用传感器的电容充放电使电路输出脉冲的占空比随电容式传感器的电容量变化而变化，然后通过低通滤波器脉冲的占空比随电容式传感器的电容量变化而变化，然后通过低通滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。得到对应于被测量变化的直流信号。 如图如图3-9所示，为脉冲宽度调制电路。所示，为脉冲宽度调制电路。 图3-9 脉冲宽度调制电路第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用图3-10 脉冲宽度调制电路的电压波形 当当 C1C1与与C2 C2 不相等时的波形不相等时的波形 当当

20、 C1=C2 C1=C2 时的波形时的波形第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用 5二极管双二极管双T型交流电桥型交流电桥 如图如图3-11所示，二极管双所示，二极管双T型交流电桥电路原理图。型交流电桥电路原理图。e是高频电源，它提供幅是高频电源，它提供幅值为值为Ui的对称方波，的对称方波，VD1、VD2为特性完全相同的为特性完全相同的2个二极管，个二极管，R1=R2=R，C1、C2为传感器的两个差动电容。为传感器的两个差动电容。 测量原理：测量原理：当当e为正半周时，为正半周时，VD1导通，导通，VD2截止截止C1向向RL充电；充电； C2向向RL放电。放电。当当e为负半周时，为负

21、半周时，VD2导通，导通，VD1截止截止C1向向RL放放电；电； C2向向RL充充电。电。当当 C1与与C2 不等时，不等时，RL上无信号输出。上无信号输出。当当C1=C2 时，时，RL上有信号输出。上有信号输出。 图3-11二极管双T型交流电桥第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用3.3 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 1电容式接近开关电容式接近开关 如图如图3-12所示，为电容式接近开关实物与结构图。所示，为电容式接近开关实物与结构图。 图3-12 电容式接近开关电容式接近开关原理图电容式接近开关原理图第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用3.3 电容式传感器的应

22、用电容式传感器的应用 1电容式接近开关电容式接近开关 原理分析：原理分析： 电容式传感器的感应面由两个同轴金属电极构成，很像“打开的”电容电极，该两个电极构成一个电容，串接在RC振荡回路内。 当一个目标朝着电容器的电极靠近时，电容器的容量增加。通过后级电路的处理，将停振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。该传感器能检测到金属物体，也能检测到非金属物体，对金属物体可获得最大的动力作距离，对非金属物体动作距离决定于材料的介电常数第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用最聪明的水龙头：最聪明的水龙头： 电容式感应水龙头电容式感应水龙头 第第3章章 电容式传感器及应

23、用电容式传感器及应用 2电容式油量表电容式油量表 如图如图3-14所示，为所示，为2电容式油量表传感器。电容式油量表传感器。 图3-14 电容式油量表示意图1油料 2电容器 3伺服电机 4减速器 5指示表盘 两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数1和液面上的介电常数2不同，比如：12，则当液位升高时，两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。反之当液位下降，值减小，电容量也减小 。第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用 3.电容式差压传感器电容式差压传感器 如图如图3-15所示，为电容式差压传感器。所示，为电容式差压传感器。 图3-15电容式差压传感器 1弹性膜

24、片 2凹玻璃圆片 3金属涂层 4输出端子 5空腔 6过滤器 7壳体 第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用 4电容测厚仪电容测厚仪 如图如图3-16所示，为电容测厚仪结构示意图。所示，为电容测厚仪结构示意图。 图3-16 电容测厚仪结构图 1金属带材 2电容极板 3传动轮 4轧棍 37指纹识别指纹识别目前最常用的是电容式传感器，也被称为第二代指纹识别系统。它的优点是体积小、成本低，成像精度高，而且耗电量很小，因此非常适合在消费类电子产品中使用。 右图为指纹经过处理后的成像图：第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用指纹识别所需电容传感器包含一个大约有数万个金属导体的阵列，其外

25、面是一层绝缘的表面，当用户的手指放在上面时，金属导体阵列/绝缘物/皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的电容值随着脊（近的）和沟（远的）与金属导体之间的距离不同而变化。第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用39指纹识别电容指纹识别动画演示电容指纹识别动画演示第第3章章 电容式传感器及应用电容式传感器及应用 本章小结本章小结 电容传感器是把被测量转换为电容量变化的一种传感器。电容传感器是把被测量转换为电容量变化的一种传感器。电容可以分为三电容可以分为三种种；由于电容式传感器的输出电容值非常小，所以需要借助于测量电路将其转换；由于电容式传感器的输出电容值非常小，所以需要借助于测量电路将其

26、转换为相应的电压、电流或频率等信号。为相应的电压、电流或频率等信号。 常用的测量电路有：常用的测量电路有：运算放大器式电路、电桥电路、调频电路运算放大器式电路、电桥电路、调频电路脉冲宽度调脉冲宽度调制电路和二极管双制电路和二极管双T型交流电桥等。型交流电桥等。 通过本章的学习主要应了解电容式传感器的基本概念、种类以及电容式传通过本章的学习主要应了解电容式传感器的基本概念、种类以及电容式传感器的基本特性，平要掌握感器的基本特性，平要掌握 电容式传感器的工作原理、则测量电路和电容式传电容式传感器的工作原理、则测量电路和电容式传感器的应用；感器的应用； 重点掌握电容式传感器测量的基本原理、测量电路及

27、其应用。重点掌握电容式传感器测量的基本原理、测量电路及其应用。 课间讨论1.电容式传感器工作方式分为哪三种类型？每种类型的工作原理和特点是什么？2.右图为电容式接近开关在料位测量控制中 的实例，请简述这种电容传感器的工作过程。3.下图为电容式液位传感器，左图是用于被测介质为非导电物质时的电容式传感器，右图是适用于测量导电液体的液位。（1）该传感器属于电容传感器的哪种工作类型？（2）请简述该传感器测量液位的工作原理。第第4章章 电感式传感器及应用电感式传感器及应用本章教学目标本章教学目标 （1）了解电感式传感器的基本概念与种类）了解电感式传感器的基本概念与种类(自感式、互感式和电涡流式自感式、互

28、感式和电涡流式)； （2）了解电感式传感器的基本特性；）了解电感式传感器的基本特性； （3）理解电感式传感器的工作原理与测量电路；）理解电感式传感器的工作原理与测量电路； （4）掌握电感式传感器的应用；）掌握电感式传感器的应用；本章教学重点与难点本章教学重点与难点 重点：重点：电感式传感器的结构与类型、工作特性、测量电路和工作原理。电感式传感器的结构与类型、工作特性、测量电路和工作原理。 难点：难点：电感式传感器测量的基本原理与测量电路及其应用。电感式传感器测量的基本原理与测量电路及其应用。 第第4章章 电感式传感器及应用电感式传感器及应用本次课教学目标本次课教学目标 （1）自感式传感器的结构

29、和种类；）自感式传感器的结构和种类； （2）自感式传感器的测量原理与测量电路；）自感式传感器的测量原理与测量电路； （3）自感式传感器的应用。）自感式传感器的应用。本次课的重点与难点本次课的重点与难点 重点：重点：自感式传感器的种类、结构、测量原理与测量电自感式传感器的种类、结构、测量原理与测量电路。路。 难点：难点：自感式传感器的测量原理、测量电路及其应用。自感式传感器的测量原理、测量电路及其应用。第第4章章 电感式传感器及应用电感式传感器及应用 利用电磁感应原理将被测非电量，如位移、压力、流量等转换成利用电磁感应原理将被测非电量，如位移、压力、流量等转换成自自感量感量 L 或互感量或互感量

30、 M 的变化，的变化，再由测量电路转换成电压或电流的变化，这再由测量电路转换成电压或电流的变化，这种装置称为电感式传感器。种装置称为电感式传感器。F F第第4章章 电感式传感器及应用电感式传感器及应用4.1自感式传感器自感式传感器 自感式传感器是利用自感量随气隙变化而改变的原理制成的，用来测自感式传感器是利用自感量随气隙变化而改变的原理制成的，用来测量位移。量位移。 自感式传感器主要有自感式传感器主要有闭磁路变隙式和开磁路螺线管式。闭磁路变隙式和开磁路螺线管式。4.1.1 自感式传感器的结构与工作原理自感式传感器的结构与工作原理 如图如图4-1所示，为变磁阻式传感器。所示，为变磁阻式传感器。根

31、据磁路欧姆定律，线圈的电感量为：根据磁路欧姆定律，线圈的电感量为：如果把铁心和衔铁的磁阻不计，上式如果把铁心和衔铁的磁阻不计，上式可改写为：可改写为： 图4-1变磁阻式传感器22mNN SNLIlR第第4章章 电感式传感器及应用电感式传感器及应用自感式电感传感器常见的形式，如图自感式电感传感器常见的形式，如图4-2所示。所示。 图4-2 自感式电感传感器常见结构形式 1线圈 2铁芯 3衔铁 4测杆 5导轨 6工件 7转轴第第4章章 电感式传感器及应用电感式传感器及应用1变气隙式（闭磁路式）自感传感器变气隙式（闭磁路式）自感传感器 变气隙式（闭磁路式）自感传感器的结构原理如图变气隙式（闭磁路式）

32、自感传感器的结构原理如图4-3所示。所示。变气隙长度式变气隙长度式传传感器的线性度差、示值范围窄、自由行程小，但在小位移下灵敏度很高，常用于感器的线性度差、示值范围窄、自由行程小，但在小位移下灵敏度很高，常用于小位移的测量。小位移的测量。 为了扩大示值范围和减小非线性误差，通常采用差动结构。为了扩大示值范围和减小非线性误差，通常采用差动结构。 图4-3 变气隙式自感传感器的结构原理图 1线圈 2铁芯 3衔铁第第4章章 电感式传感器及应用电感式传感器及应用 2. 螺线管式（开磁路式）自感式传感器螺线管式（开磁路式）自感式传感器 螺线管式自感式传感器常采用差动式，如图螺线管式自感式传感器常采用差动

33、式，如图4-4所示。所示。差动式电感传感器对外差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。较小，从而减小了测量误差。 从输出特性曲线，如图从输出特性曲线，如图4-5所示。可以看出，所示。可以看出，差动式电感传感器的线性较好，且输出曲差动式电感传感器的线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。线较陡，灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。 图4-4 螺线管式自感式传感器的结构 图4-5 差动式电感传感器输出特性 1测杆 2

34、衔铁 3线圈 1、2L1、L2的特性 3差动特性第第4章章 电感式传感器及应用电感式传感器及应用4.1.2 自感式传感器的测量电路自感式传感器的测量电路 测量电路有交流分压式、交流电桥式和谐振式等多种。测量电路有交流分压式、交流电桥式和谐振式等多种。 1变压器交流电桥变压器交流电桥 采用变压器副绕阻用平衡臂的交流电桥，如图采用变压器副绕阻用平衡臂的交流电桥，如图4-6所示。所示。 图4-6 变压器交流电桥电路图第第4章章 电感式传感器及应用电感式传感器及应用电路分析：电路分析： 设设O点为电位参考点，可得到电桥输出电压为：点为电位参考点，可得到电桥输出电压为： 当传感器的活动铁芯处于初始平衡当

35、传感器的活动铁芯处于初始平衡位置时，位置时，U0=0，电桥处于平衡。，电桥处于平衡。 当铁芯向一边移动时，则一个线圈的阻抗当铁芯向一边移动时，则一个线圈的阻抗增加增加 ， ， 并当并当 R ，则电桥输出为：，则电桥输出为：10ZZZ20ZZZLo202LUUL 1oA BAB2121()2ZUUVVUZZ第第4章章 电感式传感器及应用电感式传感器及应用 2. 带相敏整流的交流电桥带相敏整流的交流电桥 带相敏整流的交流电桥，如图带相敏整流的交流电桥，如图4-7所示。所示。 （1）初始平衡位置时）初始平衡位置时 当差动式传感器的活动铁芯处于中间位置时，传感器两个差动线圈的当差动式传感器的活动铁芯处于中间位置时，传感器两个差动线圈的阻抗阻抗 Z1 = Z2 =Z0， 其等效电路，如图其等效电路，如图4-8所示。所示。 图4-7 带相敏整流的交流电桥电路 图4-8 铁芯处于初始平衡位