阻抗型传感器

1、第四章第四章 阻抗型传感器阻抗型传感器 了解阻抗型传感器的常见类型了解阻抗型传感器的常见类型 理解常见阻抗型传感器的基本工作原理理解常见阻抗型传感器的基本工作原理 掌握常见阻抗型传感器的测量电路掌握常见阻抗型传感器的测量电路基本要求：基本要求：4.1电阻式传感器电阻式传感器 将被测量如位移、形变、力、加速度、湿将被测量如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等物理量转换式成电阻值这样的一度、温度等物理量转换式成电阻值这样的一种器件。种器件。 4.1.1 电位器式传感器电位器式传感器利用电位器为传感元件可制成电位器式传感器，利用电位器为传感元件可制成电位器式传感器，可以测量线位移或角位移可以测量线位

2、移或角位移;还还可可测量一切可以转换为位移的物理量参数，如测量一切可以转换为位移的物理量参数，如压力、加速度等。压力、加速度等。 电位器式传感器是由电阻元件及电刷电位器式传感器是由电阻元件及电刷(活动触点活动触点) 两个基本部分组成。两个基本部分组成。一、组成原理一、组成原理)()(xfRUxfRUUUABACx( )xACRRf x二、电位计分类及特点 电位计分类电位计分类按输出按输出-输入特性输入特性按结构形式按结构形式线性电位计线性电位计非线性电位计非线性电位计线绕式线绕式在传感器中应用较多在传感器中应用较多薄膜式薄膜式具有较高的精度和线具有较高的精度和线 性特性性特性光电式光电式无摩擦

3、和磨损，分辨无摩擦和磨损，分辨 率高率高851010三、输入三、输入输出特性输出特性1. 线性特性线性特性线性电位器线性电位器 假定全长为假定全长为 的电位器的阻值为的电位器的阻值为 ，电阻沿长，电阻沿长均匀分布，则当电刷由均匀分布，则当电刷由A A向向B B移动移动 后，则：后，则：若变阻器式若变阻器式： 若分压式：若分压式： lRxxRRxlxxUURUURxxRRll2非线性特性非线性特性非线性电位器非线性电位器 ()xRfx()xUUfxR例：一电位计式位移传感器及接线图如图所示，变例：一电位计式位移传感器及接线图如图所示，变阻器有效长度为阻器有效长度为L，总电阻，总电阻R ，读数仪表

4、电阻，读数仪表电阻RL，活动触点位置活动触点位置x=L/5。求：读数仪表的指示值求：读数仪表的指示值 ？abU四、电位器式传感器的应用四、电位器式传感器的应用 电位器式传感器常用来测量位移、压力、加速度电位器式传感器常用来测量位移、压力、加速度等等。电位计式压力传感器案例：玩具机器人案例：玩具机器人原理直接将关节驱动电机的转动角度变化转换为电阻器阻值变化4.1.2 电阻应变式传感器-应变片 利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。电阻应变片是电阻应变式传感器中的传感元件，简称应变片。应变片一种是应变片一种是金属导体金属导体材料，另一种是材料，另一种是半导体半导体材料材料。工作原理是基于金属

5、导体的应变效应，或者是工作原理是基于金属导体的应变效应，或者是基于半导体材料的压阻效应。基于半导体材料的压阻效应。应变效应应变效应：金属导体在外力的作用下产生机械：金属导体在外力的作用下产生机械形变时，它的电阻值随着所受机械形变（伸长形变时，它的电阻值随着所受机械形变（伸长或缩短）的变化而变化的物理现象。或缩短）的变化而变化的物理现象。压阻效应压阻效应：半导体半导体受到应力时，其电阻率发生受到应力时，其电阻率发生变化的物理现象。变化的物理现象。 )(rAlR2)(rrAAdAldldRdRurdrAdA2)(2)(AdAldldRdR)(ldl)21 (/udRdRldlrdrddVCV)21

6、 (udRdR)21 (uAdAldlVdV而mKuCuRdR)21 ()21(EdEAF其中其中 ：压阻系数；：压阻系数； ：作用于材料的轴向应力；：作用于材料的轴向应力； E E ：半导体材料的弹性模量：半导体材料的弹性模量 SKEuRdR)21(0KRdR)21 ()21 (0uCuKKmEuKKs)21 (0mSKK)8050(二、电阻应变片二、电阻应变片 1. .组成结构组成结构 盖片敏感栅金属丝基底引线敏感栅（金属丝）：敏感栅（金属丝）：是是应变片内实现应变应变片内实现应变-电阻转换的敏感元件。电阻转换的敏感元件。基底：为了保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通过粘合剂将其固定在基底

7、上。基底：为了保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通过粘合剂将其固定在基底上。引线：起着敏感栅与测量电路之间的连接作用。引线：起着敏感栅与测量电路之间的连接作用。盖片：覆盖在敏感栅上的保护层。盖片：覆盖在敏感栅上的保护层。粘合剂：用粘合剂将盖片、敏感栅和基底牢固地粘合在一起。粘合剂：用粘合剂将盖片、敏感栅和基底牢固地粘合在一起。(1)金属丝式应变片：金属丝式应变片：敏感栅由直径敏感栅由直径0.015mm0.05mm的金属丝的金属丝绕成栅状。绕成栅状。(2)金属箔式应变片：金属箔式应变片：敏感栅由金属箔经光刻腐蚀成栅状，具有横向效应小，敏感栅由金属箔经光刻腐蚀成栅状，具有横向效应小，精度高，散热好

8、等优点。精度高，散热好等优点。(3)薄膜应变片薄膜应变片其厚度在其厚度在0.1 m以下。以下。采用采用真空蒸发或真空沉积真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成应变片。一层各种形式敏感栅而形成应变片。灵敏系数高，易实现工业化生产，是一种很有前途的新型应灵敏系数高，易实现工业化生产，是一种很有前途的新型应变片。变片。实际使用中的主要问题，是尚难控制其电阻对温度和时间的实际使用中的主要问题，是尚难控制其电阻对温度和时间的变化关系。变化关系。3. .安装安装 应变片粘贴在被测试件表面（应使应变片轴向与应变片粘贴在被测试件表面（应使应变片轴

9、向与所测应变方向一致）所测应变方向一致） 将应变片贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成将应变片贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传感器应变式传感器。4、应变片灵敏系数、应变片灵敏系数 应变片电阻相对变化与试件表面上安装应变片区应变片电阻相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比域的轴向应变之比 /xR Rk应变片灵敏系数应变片灵敏系数k小于小于制作应变片的应变电阻材料制作应变片的应变电阻材料灵敏系数灵敏系数 K0, 主要原因就是存在横向效应。主要原因就是存在横向效应。横向效应敏感栅通常是呈栅状，由轴向纵栅和圆弧横栅两部分。纵栅 l0横栅 r横栅 ry 横向应变横向应变yxx轴向应变轴

10、向应变yyxx试件承受单向应力试件承受单向应力时，表面处于平面应变状态，即轴向（拉伸）应时，表面处于平面应变状态，即轴向（拉伸）应变变x 和横向（收缩）应变和横向（收缩）应变y 。纵栅主要感受轴向应变纵栅主要感受轴向应变x（纵栅受拉伸）、横栅主要感受横向应变（纵栅受拉伸）、横栅主要感受横向应变y（横栅受压缩），从而引起应变片总电阻的变化为：（横栅受压缩），从而引起应变片总电阻的变化为：(1)xxyyxxRkkkHR(1)xxyyxxRkkkHR式中：式中：kx：轴向灵敏系数轴向灵敏系数ky横向灵敏系数横向灵敏系数H=ky / kx双向应变灵敏系数比双向应变灵敏系数比，称为横向效应系数，称为横向

11、效应系数=y /x双向应变比（横向应变与轴向应变比）双向应变比（横向应变与轴向应变比）实验证明：实验证明：y /x= -0 0双向应变比双向应变比系数系数0(1)(1)xxxxxyyxxRkkkHkHRk式中：式中：k=kx(1-0H) 三、测量电路三、测量电路 测量过程测量过程R3VER1R2R41.直流电桥(1) 平衡电桥平衡电桥R1R2R4R3ACBEDIoRLUoR1、R2、R3及R4为桥臂电阻，RL为负载电阻。 当RL时，电桥输出电压为311234oRRUERRRR当电桥平衡时，Uo=0，则有R1R4=R2R3或3124RRRR结论：欲使电桥平衡，结论：欲使电桥平衡， 其相邻两臂电阻

12、的比值应相等，其相邻两臂电阻的比值应相等， 或或相对两臂电阻的乘积应相等。相对两臂电阻的乘积应相等。 （2） 非平衡电桥iiiZRR)()()(44332211332244110RRRRRRRRRRRRRRRREU初始状态时电桥平衡，没有输出电压；电桥工作时，电桥失去平衡，有初始状态时电桥平衡，没有输出电压；电桥工作时，电桥失去平衡，有输出电压，为非平衡电桥。输出电压，为非平衡电桥。Z1Z2Z4Z3ACBEDIoUo0iRR令输出电压为：iiRR通常略去二阶微量，近似为略去二阶微量，近似为3124001243()4RRRREUURRRR非线性误差非线性误差：)(2133442211000RRR

13、RRRRRUUUea)单臂工作电桥R1R2R4R3ACBEDIoUo设R2=R3=R4 R0，R1=R0 R 若R0 R , 则： 电桥的灵敏度为：01/4oUSER R非线性误差：31240012430()44RRRREUURRRRRER3124124301()22RRRRReRRRRRb)双臂工作电桥双臂工作电桥R1R1R4R3ACBEDR2R2Uo1020,RRR RRR 若且R3=R4 R0 ，则： 31240012430()42RRRREUURRRRRER非线性误差：312412431()02RRRReRRRR电桥的灵敏度为：01/2oUSER RR1 R1ACBEDR2 R2UoR

14、3 R3R4 R431240012430()4RRRREUURRRRRER电桥的灵敏度为：0/oUSER R140RRRR230RRRR非线性误差：0e 2、交流电桥、交流电桥 交流电桥的结构与直流电桥相同交流电桥的结构与直流电桥相同，但，但电源电压为交流电源电压为交流电压电压，桥臂用阻抗表示，即桥臂用阻抗表示，即jiiiiiZRjxz eZ1Z2Z4Z3ACBDU0U设电桥输出接高阻抗放大器，设电桥输出接高阻抗放大器，电桥输出视为开路。电桥输出视为开路。014231234()()DCBCUUUZ ZZ ZUZZZZ3.应变电桥应变电桥（1）单应变片工作：一个工作应变片接入电桥的一臂,另外 三

15、个臂接固定电阻。R2=R3=R4 R0R1为工作应变片且111RkR则输出为：014kEU（2）双应变片工作：）双应变片工作： 为减小和克服非线性误差，采用差动电桥， 在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变， 接入电桥相邻桥臂.R3=R4 R0R1， R2为工作应变片且11xRkR22xRkR 则输出为：02xkEU（4）四应变片工作：若将电桥四臂接入四片应变片，即两个受拉应变，两个受压应变，将两个应变符号相同的接入相对桥臂上，构成全桥差动电路。R1， R4受拉， R2， R3受压，即1414xRRkRR3223xRRkRR 则输出为：0 xUkE四、温度误差及其补偿四、温度误

16、差及其补偿 1. .温度误差产生原因温度误差产生原因 应变片电阻随温度变化应变片电阻随温度变化 0(1)tRRt000ttRRRRtR Rt t温度温度t t时电阻值时电阻值; ;R R0 0温度温度0 0度电阻值；度电阻值； 应变片电阻的温度系数；应变片电阻的温度系数； 温度变化值，温度变化值， t当温度变化时，应变片电阻的变化值为当温度变化时，应变片电阻的变化值为试件材料与应变片的线膨胀系数不一致试件材料与应变片的线膨胀系数不一致 试件和敏感栅线膨胀系数不同，环境温度的变化，敏感栅产生附加变形，产试件和敏感栅线膨胀系数不同，环境温度的变化，敏感栅产生附加变形，产生附加电阻。生附加电阻。 温

17、度为温度为0 0度时长度均为度时长度均为 , ,线膨胀系数分别为线膨胀系数分别为 和和 ，若两者不粘贴，若两者不粘贴，在温度改变时，则它在温度改变时，则它们的长度分别为们的长度分别为 sg0l0(1)stsllt0(1)gtgllt00()tttgsRRRtktRR 当应变片粘贴到试件材料的表面后，应变片被迫从当应变片粘贴到试件材料的表面后，应变片被迫从 拉长到拉长到 stlgtl产生附加变形为产生附加变形为：0()gtstgsllllt 即附加应变为即附加应变为：0()gsltl0()tgsRkktR产生的电阻的变化为：产生的电阻的变化为：温度引起的总电阻变化为：温度引起的总电阻变化为：相应

18、的虚假应变输出相应的虚假应变输出:tKtKRRsgtt)(/0温度变化引起的总电阻变化温度变化引起的总电阻变化tKRtRRRRsgttt)(002. 电阻应变片的温度补偿方法电阻应变片的温度补偿方法 单丝自补偿法 自补偿法 组合式自补偿法 线路补偿法电桥补偿法、热敏电阻温度补偿 2. 电阻应变片的温度补偿方法电阻应变片的温度补偿方法电桥补偿方法电桥补偿方法11111()ttRRRkRR2222ttRRkRR04kUU 差动电桥法差动电桥法 两应变片型号参数、环境温度及所粘贴材料均相同，将两应变两应变片型号参数、环境温度及所粘贴材料均相同，将两应变片接入电桥的相邻两臂，就可消除温度变化引起的测量

19、误差片接入电桥的相邻两臂，就可消除温度变化引起的测量误差。R1 R1R4R3ACBEDR2 R2Uo电桥补偿法电桥补偿法特点特点 优点：简单、方便，在常温下补偿效果较优点：简单、方便，在常温下补偿效果较好好； 缺点：温度变化梯度较大条件下，很难做缺点：温度变化梯度较大条件下，很难做到工作片与补偿片处于温度完全一致，影到工作片与补偿片处于温度完全一致，影响补偿效果。响补偿效果。 应变片的自补偿法 温度自补偿应变片温度自补偿应变片粘贴在被测部位上粘贴在被测部位上的一种特殊应变片，温度变化时，产生的的一种特殊应变片，温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消附加应变为零或相互抵消。 a. 选择式自补偿

20、应变片选择式自补偿应变片 b. 双金属敏感栅自补偿应变片双金属敏感栅自补偿应变片 五、电阻应变式传感器的应用五、电阻应变式传感器的应用1）将应变片粘贴于被测构件上，直接用来测定构件的应力将应变片粘贴于被测构件上，直接用来测定构件的应力或应变。例如，为了研究或验证机械、桥梁、建筑等某些或应变。例如，为了研究或验证机械、桥梁、建筑等某些构件工作状态下的受力、变形情况，利用应变片，粘贴在构件工作状态下的受力、变形情况，利用应变片，粘贴在构件的预测部位，测得构件的拉、压应力、扭矩或弯矩等。构件的预测部位，测得构件的拉、压应力、扭矩或弯矩等。2）应变片粘贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式应变片粘贴

21、于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传感器。常用来测量力、位移、压力、加速度等物理参数。传感器。常用来测量力、位移、压力、加速度等物理参数。该情况下，弹性元件得到与被测量成正比的应变，再通过应该情况下，弹性元件得到与被测量成正比的应变，再通过应变片转换成电阻的变化后输出。变片转换成电阻的变化后输出。测物体产生位移时，悬臂梁产生测物体产生位移时，悬臂梁产生于位移相等的挠度，应变片产生于位移相等的挠度，应变片产生相应的应变。在小挠度情况下，相应的应变。在小挠度情况下，挠度与应变情况成正比。挠度与应变情况成正比。电子称电子称原理原理将物品重量通过悬臂梁转化结将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应

22、变片转化为电构变形再通过应变片转化为电量输出。量输出。冲床生产记数和生产过程监测冲床生产记数和生产过程监测 电阻式温度传感器电阻式温度传感器利用电阻随温度变利用电阻随温度变化的特性制成的传感器化的特性制成的传感器。 1)金属热电阻金属热电阻-热电阻热电阻 2)半导体热敏电阻半导体热敏电阻-热敏电阻热敏电阻 材材料料 温温度度系系数数 （1 1/ /） 比比电电阻阻 （ .mm2/m） 温温度度范范围围 （） 特特 性性 铂铂 3.9210-3 0.0981 -200 +650 近近线线性性 铜铜 4.2510-3 0.0170 -50 +150 线线性性 铁铁 6.5010-3 0.0910

23、-50 +150 非非线线性性 镍镍 6.6010-3 0.1210 -50 +100 非非线线性性 )1 (20BtAtRRt)100(1 320ttCBtAtRRt)1 (320CtBtAtRRt-50 150 )(1000ttRRt 优优 点点 （ 1） 易易 提提 纯纯 ； （ 2） 物物 理理 、 化化 学学 特特 性性 稳稳 定定 ； （ 3） 输输 出出 近近 线线 性性 ； （ 4） 价价 格格 低低 廉廉 。 缺缺 点点 （ 1） 电电 阻阻 率率 低低 ； （ 2） 体体 积积 较较 大大 ， 热热 惯惯 性性 较较 大大 ； （ 3） 温温 度度 高高 于于 100 易易

24、 氧氧 化化 。 玻璃壳玻璃壳热敏电阻热敏电阻引线引线温度温度电阻电阻CTRNTCPTCTR00expTBTBRRT0T0RB:B:热敏电阻的材料常数，又可称为热灵敏指标，通常热敏电阻的材料常数，又可称为热灵敏指标，通常B=2000B=20005000K5000K。 IUT21TBdTdRRT.constTTT：uA1R2R4RtRrrrE21RR 若142RRRRt则1142)(RrRrRRRt)()(421rRRrRRtIURtSEtRIIrrrr四、热敏电阻测温电路四、热敏电阻测温电路课堂练习题：已知铂电阻温度计，0C时电阻为100，100 0C时电阻为139。当它与热介质接触时，电阻值

25、增至281。试确定该介质的温度。dSCd+dS 一、基本工作原理1、平板电容器变间隙型变面积型变介质型电电 容容式式传传感感器器2 、同轴圆筒形2ln(/ )LCR rRrL柱形电容器柱形电容器二、变间隙型电容传感器二、变间隙型电容传感器设极板面积为S，初始时： 动极板上移 00/CS dd00000(1)1CssCddddddd1、单一式、单一式 单一式变极距型电容传感器的灵敏度为：00000/11C CCCKdCdddd2、差动式、差动式 初始时上下两电容器电容相等：00/CS d动极板上移d100(1)dCCd2001dCCd差动电容公式为：12120CCdCCd灵敏度为： 012002

26、00/()/2/121 (/)C CCCCdKddd dd 三、变面积型电容传感器三、变面积型电容传感器 初始时： 00b lCd移动 后： l0000()(1)b lllCCdl电容因位移而产生的变化量为 ：000blCCClCdl 其灵敏度为00/1CCKll四、变介电常数式电容传感器四、变介电常数式电容传感器 大多用于测量电介质的厚度、位移、液位等。大多用于测量电介质的厚度、位移、液位等。 设静态时极板长为设静态时极板长为 ，宽为，宽为 ，间距为，间距为 ，极板间空气的介电常数为，极板间空气的介电常数为 。有。有一个固体介质长、宽分别为一个固体介质长、宽分别为 、 ，厚为，厚为 ，且其相

27、对介电常数为，且其相对介电常数为 ，初始时，初始时固体介质居中，则电容为：固体介质居中，则电容为：lbd0lbdr1C2C12000()2rblCCCd 介质（ ）块右移 时 rl001()()22rllblblCdd 1000000000000000()()222()(1)(1)2rrrrrrrlbb lCddlbllCdll 故：同理 0020002(1)rrlCCl 001212001221rrrrCCllCCll 所以结论：结论：电容传感器的灵敏系数为常数，即输出与输入呈线性关系。电容传感器的灵敏系数为常数，即输出与输入呈线性关系。 五、五、测量电路测量电路 1 1、比例运算电路、比例

28、运算电路 .00ExCUUC 应用于单一变极距式电容传感器 .001EdUUd .00 xECUUC 应用于变面积式电容传感器应用于变面积式电容传感器 .001ElUUl .2100ECCUUC应用于差动变面积式和差动变介质式电容传感器应用于差动变面积式和差动变介质式电容传感器 2 2、交流电桥、交流电桥 开路（ZL时）输出电压都为 若图中 、 为两个电容式传感器，则.120122CCEUCC2112212022ZZZZEEZZZEU1Z2Z应用于所以差动式电容传感器。 七、电容式传感器应用电容式传感器应用电容式压力传感器电容式压力传感器外 壳p1p2金 属 镀 层凹 形 玻 璃膜 片过 滤

29、器具有预张力的金属膜片作为感压敏感元件，同时作为可变电容的动极板。采用蒸镀工艺将电容的两个定极板蒸镀在弧形玻璃衬底上，构成传感器的两个差动电容。智能型差压/压力变送器电容式测厚仪: 测量金属带材在轧制过程中厚度 C1、C2工作极板与带材之间形成两个电容， 其总电容为C= C1+C2 。当金属带材在轧制中厚度发生变化时，将引起电容量的变化。通过检测电路可以反映这个变化，并转换和显示出带材的厚度。 电容式转速传感器 当齿轮转动时，电容量发生周期性变化，通过测量电路转换为脉冲信号，则频率计显示的频率代表转速大小。 设齿数为m,频率为f,则转速为:min/60rfmn 4.3.2 电感式传感器被测的物

30、理量位移振动压力流量比重的变化传感器自感系数L互感系数M的变化电路电压电流 特点：特点： q 优点结构简单、工作可靠、测量精度高、零点稳定、优点结构简单、工作可靠、测量精度高、零点稳定、输出功率较大等输出功率较大等；q 缺点灵敏度、线性度和测量范围相互制约；缺点灵敏度、线性度和测量范围相互制约； 传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量。传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量。 4.3.1 自感式传感器自感式传感器一、工作原理及分类一、工作原理及分类 组成：铁芯，线圈组成：铁芯，线圈，活动街铁活动街铁 测物理量时，衔铁随被测物理量时，衔铁随被测量变化而移动时，铁测量变化而移动时，铁心与衔

31、铁之间的气隙磁心与衔铁之间的气隙磁阻随之变化，引起线圈阻随之变化，引起线圈自感系数自感系数L L变化变化 . .RRRRm211111AlR2222AlRAR002RRR21L0mRWL202022AWRWL类型：类型：1、变所隙式、变所隙式 变化变化L变化变化 2、变面积式、变面积式 A变化变化L变化变化 3、螺管插铁式、螺管插铁式 变化变化L变化变化 20002000002()2(1)1NALLLNAL 二、输入二、输入输出特性输出特性 设初始气隙为设初始气隙为 ，则初始电感为，则初始电感为 000022NAL工作时，若衔铁移动使气隙长度工作时，若衔铁移动使气隙长度减少减少 ，则电感增加，

32、则电感增加 ， L1变气隙式自感传感器变气隙式自感传感器 输出与输入的关系为非线性。输出与输入的关系为非线性。为了减小非线性误差，在为了减小非线性误差，在实际应用实际应用中，中，通常的办法是采用差动结构通常的办法是采用差动结构 。采用前面分析方法可得采用前面分析方法可得： 1L2L10011LL20011LL差动电感为：差动电感为：21120LLLL2变面积式自感传感器变面积式自感传感器 20002Na bL0()Ab aa2000()2(1)Naa bLaLa 100(1)aLLa200(1)aLLa21120LLaLLa输出与输入的关系为线性关系。输出与输入的关系为线性关系。3螺管插铁式自

33、感传感器螺管插铁式自感传感器 它由螺管线圈它由螺管线圈1 1、衔铁、衔铁3 3和磁性和磁性套筒套筒2 2等组成。等组成。单一式：单一式： 差动式差动式：较单一式有较高灵敏度较单一式有较高灵敏度及线性，被用于电感测及线性，被用于电感测微计上，其测量范围为微计上，其测量范围为0300m，最小分辨，最小分辨力为力为0.5m。 变气隙长度式、变气隙面积式和螺管式三种类型自感传感变气隙长度式、变气隙面积式和螺管式三种类型自感传感器相比较，变气隙长度式灵敏度最高，螺管式最低。器相比较，变气隙长度式灵敏度最高，螺管式最低。变气隙式的主要缺点是：非线性严重，而且制造装配困难。变气隙式的主要缺点是：非线性严重，

34、而且制造装配困难。变气隙面积式和螺管式的有点是具有较好的线性，自由行变气隙面积式和螺管式的有点是具有较好的线性，自由行程可按需要安排，制造装配也较方便。程可按需要安排，制造装配也较方便。 特点比较：三、测量电路三、测量电路 1、电阻平衡臂电桥、电阻平衡臂电桥 2、变压器电桥、变压器电桥 开路（开路（ZL时）输出电压都为时）输出电压都为 .210122E LLULL2112212022ZZZZEEZZZEU若图中若图中 、 为两个电感式传感器，则为两个电感式传感器，则1Z2Z应用于所以差动式电感传感器。应用于所以差动式电感传感器。 3、比例电路、比例电路适用于单一式自感传感器适用于单一式自感传感

35、器 四、应用可以测位移，压力等。变隙电感式压力传感器结构图 变隙式差动电感压力传感器 互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。一、互感与自感 21211UjMI 紧耦合时 所以 211122111NMLN二、互感式传感器（差动变压器）组成原理 1U2U衔铁在初始平衡位置 2M1M12MM21U22U2122UU221220UUU被测体位移 衔铁位移 12MM2122UU20U 差动变压器也有变气隙式、变面积式为螺管式三种类型。 2、差动变压器输出特性 以变气隙型差动变压器为例来推导 1L2L

36、设上对线圈 和 之间的互感为1N2N1M2111NMLN设下对线圈 和 之间的互感为1N2N2M2221NMLN1020,100/(1)LL200/(1)LL0212212122112111221112()()()()()EUUUjMMINjMMIjLLINNUjLLNjLL 112/()EIUj Lj L若 ， ， 22rwL11rwL当次级线圈开路时，设初级线圈的电流为 ；1I211 1Uj M I 222 1Uj M I 则两个次级线圈的感应电压分别为： 100/(1)LL200/(1)LL2202111210()()EENUNUjLLUNjLLN0oU 若激励频率过低，使 ， ，则输出

37、灵敏度：210oEUN UKN012112()EUUjMMIjMrr K随着w增加而增加。 若w超过某一值时，K会下降。11rwL 22rwL 11rwL 若w增加 ，使 ， ，K为常数；22rwL 结论：应选取合适的较高的激励频率，以保持灵敏度不变。 三、测量电路 1、反串电路 .02122UUU2、桥路 wR 为调零的电位器，当桥臂电阻相等时，空载输出为.0212222.21221()21()2UUUUUU四、应用测位移测压力高高频频反反射射式式低低频频透透射射式式电电涡涡流流式式传传感感器器一、电涡流效应 1、电涡流的产生： 成块金属置于交变磁场中或在固定磁场中运动，金属导体内产生环形感应电流电“涡流”。 图中1为产生交变磁场的激励线圈，2为金属导体，离激励线圈的距离为X，则金属导体上的电涡流强度为：2、电涡流的强度 21221()2XIIDX电涡流强度与X及D有关。3.电涡流贯穿深度电涡流只能在金属导体靠近线圈一侧的表面薄层内形成，其轴向渗透深度为h，h的定义为涡流强度减小到表面涡流强度1/e时厚度：hf ：金属导体的电阻率； ：金属导体的磁导率； ：激磁频率。f4.电涡流形成范围分布区域在金属导体靠近激励线圈一侧的表面环形区域 2r=0.525D 2R=1.39D 电涡流的内径为r，外径为