第二章传感器原理

1、第二章传感器原理传感器是将被测量按照一定的规律转换成输出信号的器件，通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的部分。转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的被测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。2.1 弹性敏感元件变形：物体在外力作用下而改变尺寸或形状的现象。弹性变形：当外力去掉后能完全恢复原来的尺寸和形状的变形。弹性元件：具有弹性变形的物体，飞机上用来将力、力矩等被测参数转换成相应的线位移或角位移。常用弹性元件圆柱弹簧平板弹簧膜盒膜片弹簧管弹性特性：作用在弹性元件上的外力与其相应变形的关系。用 来表示。 弹性敏感元件在外力作用下抵抗变形的能力。 单位力产生变形的大

2、小，是刚度的倒数。以相同的力作用在弹性元件上时，变形大的灵敏度高，变形小的灵敏度低。如果弹性特性是线性的，则灵敏度为常数。如果弹性特性是非线性的，则灵敏度为变量。刚度灵敏度刚度xd Fkd x灵敏度fdxkdF弹性迟滞：弹性元件在弹性变形范围内，弹性特性的加载曲线与卸载曲线不重合的现象。x1x2F2xF1F弹性后效：弹性元件所加载荷改变后，不是立即完成相应的变形，而是在一定时间间隔中逐渐完成变形的现象。x1x2xF1F弹性迟滞与弹性后效都反映了变形落后于压力的现象，其原因在于材料内部分子的内摩擦。基本要求：弹性迟滞和弹性后效要小。弹性敏感元件测量原理圆柱弹簧将被测力转换为线位移。其一端固定，另

3、一端受力的作用产生变形。设弹簧原长度为l，受外力F1作用时产生位移l，弹簧变形产生弹性力F2，且F2 =F1F2=k1l,因此有F1=k1l弹簧刚度一定，弹簧感受的外力越大，变形也越大。在相同的外力作用下，弹簧变形与自身的刚度成反比。因此，采用刚度小的弹簧，可以提高灵敏度。平板螺旋弹簧 把被测力矩转换为角位移。 外端固定，内端受外力矩作用，弹簧将产生角位移变形。设平板螺旋弹簧感受外力矩M1之后产生角位移，从而产生弹性力矩M2与外力矩相平衡，即M1= M2 M2=k,因此有M1=k 弹性刚度一定，外力矩越大，平板螺旋弹簧的角位移变形量越大。同样，采用弹性刚度小的弹簧，可以提高灵敏度。膜片和膜盒

4、膜盒是两个波纹膜片对焊在一起具有腔体的盒状元件。 膜盒的一面受压力p作用后，产生变形。这种变形一方面是膜片向上弯曲，另一方面是膜片的波纹展平，于是膜片上各点都产生向上位移。 在膜片材料、波纹形状和压力一定的条件下，膜片越薄、膜片波纹数越少、波纹高度越低，位移越大。选择膜片薄的、波纹数少的和波纹高度低的膜片可以提高膜片测量位移量的灵敏度。弹簧管 弯成弧状的弹性金属管，自由端可以随整个管子移动，开口的一端安装在固定座上。流体进入管内后，在压力的作用下，弹簧管有伸直的趋势，自由端产生位移。 流体压力越大，管子伸直变形越多，自由端产生的位移越大。 弹簧管是一个将流体压力转换为角位移的测压元件。2.2

5、干簧管传感器把模拟量转换为开关量的变换器。充有惰性气体的小型密封玻璃管，在管内有用导磁导电材料制成的两支簧片。当有磁性物质靠近玻璃管时，在磁场的作用下，管内的两个簧片被磁化而互相吸引，簧片就会吸合在一起，使结点的电路连通。外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，电路也就断开了。因此，干簧管可以作为利用磁场信号控制的线路开关器件。在实际运用中，通常用永久磁铁作为磁性物质。干簧管体积小，质量轻。闭合和释放时间快而短，约为一般继电器1/10的动作时间。结点的开闭几乎没有机械摩擦，不易产生火花，使用寿命长。簧片部分与惰性气体一起被封存，不受开关切换时所产生的火花和大气中尘埃、湿度等的影响，提高了工

6、作可靠性，减小了维护工作量。2.3 电阻式传感器把力、位移、加速度、温度和力矩等非电量转换为电阻值变化的传感器。电位器式传感器工作原理16（线位移或角位移）（线位移或角位移）电位器式传感器分类17线线绕绕式式薄薄膜膜电电位位器器导导电电塑塑料料电电位位器器光光电电电电位位器器非非线线绕绕式式电电位位器器式式传传感感器器线线绕绕式式电电阻阻传传感感器器非非线线绕绕式式电电阻阻传传感感器器电电位位器器式式传传感感器器电位器式传感器18maxmaxRxxRxmaxmaxUxxUx当电阻丝直径与材质一定时，则电阻当电阻丝直径与材质一定时，则电阻R R随导线长度随导线长度l l而变化。而变化。空载时输出

7、电压与电刷位移成正比。实际上，电位器总是有负载的。在有负载情况下，输出电压与位移不成正比。xmaxxU空载时有负载时热电阻式传感器电阻率随其本身温度的变化而变化，这一物理现象称为热电阻效应。利用这一特性制成的感温元件称为热电阻或热敏电阻，它们大都采用导体或半导体材料。1、热电阻大多数金属，在温度变化范围不大时，电阻与温度的关系可以表示为Rt=R01+(t-t0) 热电阻传感器是测量温度的传感器。在选择金属电阻作测温元件时应满足以下一些要求：（1）要有尽可能大而且稳定的电阻温度系数。（2）电阻率大，以便在同样灵敏度下减小零件尺寸。（3）电阻随温度变化为线性关系。（4）材料的物理性质和化学性质稳定

8、且材料复制性好。（5）材料易于制取，价格便宜。铂（Pt）是一种贵重金属，它的性能极为稳定，尤其耐氧化能力很强，并且在很宽温度范围内都可以保持上述特性。另外，它易于提纯，复现性好，工艺性好，可以制成极细的铂丝和铂箔。它是比较理想的热电阻材料。它的缺点是电阻温度系数小，价格高及在还原介质中工作时易被玷污变脆。铜（Cu）在-50150范围内有很好的稳定性，且温度系数大，阻值与温度之间接近线性关系，易于提纯，价格低廉。缺点是易氧化，不宜在侵蚀性介质或高温下工作。镍（Ni）在航空仪表中应用广泛。它的优点是机械性能强，化学性能稳定，电阻率比铜高，价格便宜，温度系数大。缺点是电阻与温度关系为非线性，另外复制

9、性差。2.热敏电阻电阻值随温度变化而显著变化的半导体电阻，有正温度系数、负温度系数和临界温度系数三类。优点：输出灵敏度高，即对于温度较大的变化，其阻值变化较大；便于大批量生产，因而价格便宜；体积小而且坚固；信号处理非常方便。缺点是测温范围窄、互换性差。液体摆把角位移转换为电阻的元件。由壳体、导电液和气泡组成。在壳体内的前、后、左、右和中心位置有固定电极，中心电极与液面相连，其他电极受气泡控制分别与各自电路连接。当在电极之间接入电源时，电极之间会形成离子电流，电极之间的液体相当于电阻。当壳体水平时，电极插入导电液的深度相同，气泡居中，导电液与前后、左右两对电极的接触面积相等，前后左右四条电路的电

10、阻均相等。当壳体倾斜时，电极间的导电液不相等，电极浸入液体的深度也发生变化。如图所示倾斜，右边电极浸入深度大，则导电液增加，导电的离子数增加，电阻减少，左边电极导电液减少，导电的离子数减少，电阻增加。2.4 电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。电感式传感器变气隙式传感器差动变压器式传感器涡流式传感器电感传感器的特点（1）结构简单：没有活动的电触点，寿命长。（2）灵敏度高：输出信号强，电压灵敏度每毫米能达到上百毫伏。（3）分辨率大：能感受微小的机械位移和微小的角度变化。（4）重复性和线性度好：

11、在一定位移范围内，输出特性的线性度好，输出稳定。（5）缺点是不适宜进行高频动态测量。图（图（a a）是变气隙式电感传感器，它）是变气隙式电感传感器，它由线圈由线圈1 1、衔铁、衔铁3 3、铁心、铁心2 2和测杆和测杆4 4组成。组成。铁心与衔铁之间有一个厚度为铁心与衔铁之间有一个厚度为 的空的空气隙，仪器的测杆气隙，仪器的测杆4 4与衔铁与衔铁3 3连接在一连接在一起。当被测工件尺寸发生变化时，引起。当被测工件尺寸发生变化时，引起测杆向上或向下移动，带动衔铁移起测杆向上或向下移动，带动衔铁移动，使空气隙的厚度动，使空气隙的厚度 也随之改变。也随之改变。引起磁路中磁阻变化，从而导致电感引起磁路中

12、磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化。因此，测出电感线圈的电感值变化。因此，测出电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。小和方向。变磁阻式电感传感器线圈电感量与气隙厚度和导磁体的截面积有关，因此，可分为变气隙长度和变气隙截面两种。此种传感器的灵敏度高，但其缺点是电感量的变化与位移量的变化呈非线性关系，因此误差较大。为减小由于非线性关系产生的误差；气隙的变化必须限制在较小的范围内（0.10.20）。适用于测量微小位移的场合变气隙式变气隙差动式为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用变气隙差动式电感传感器。由两只完全对称的变气隙电感式传感器合用一个活动衔铁构成

13、。两个铁心上的线圈与两个电阻构成了一个交流电桥，电桥上接有交流电源U0，电桥的另一对角端为输出端。在起始位置时，衔铁处于中间，两边气隙相等，两线圈的电感相等，输出交流电压Us=0。当衔铁偏离中间位置时，一个铁心与衔铁的气隙缩短，其线圈的电感增大；另一个铁心与衔铁的气隙增长，其线圈的电感减小。这样，两线圈的感抗不等，电桥失去平衡，有输出电压。当电源电压和初始气隙确定后，电桥的输出电压与衔铁的位移量成正比，其相位与衔铁移动方向有关。02sUU差动变压器式电感传感器把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接，故称差

14、动变压器式电感传感器。差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺管式。“山”字形差动变压器工作原理铁心是“山”字形，铁心中央绕有初级线圈，接交流电源U0，铁心两边各绕有一个次级线圈，两次级线圈绕向相反，互相串联。当衔铁处于中间时，左右空气隙的横截面积相等，磁阻相等，磁通相等，互感相等，两次级线圈中产生的感应电动势大小相等，方向相反，输出电压为0。当衔铁偏离中央位置时，两边气隙的横截面积不相等，磁阻不等，磁通不等，互感不等，两次级线圈感应电动势不相等，输出电压的大小和相位取决于衔铁角位移的大小和方向。2.5 电容式传感器电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，将被测物理量的变化转换为电

15、容量的变化。特点：（1）小功率、高阻抗。（2）小的静电引力和良好的动态特性。（3）本身发热影响小。（4）可进行非接触测量。应用：压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、湿度和成分含量等测量之中。缺点：泄漏电阻和非线性2.5 电容式传感器工作原理及类型由物理学可知，当忽略电容器边缘效应时，对图示平行极板电容器，电容量为0rSSCdd +Srd_可见：在可见：在S、d、三个参量中，改变其中任意一个三个参量中，改变其中任意一个量，均可使电容量量，均可使电容量C改变。也就是说，如果被检测改变。也就是说，如果被检测参数参数( (如位移、压力、液位等如位移、压力、液位等) )的变化引起的变化引起S、d、三个

16、参量中之一发生变化，就可利用相应的电容量三个参量中之一发生变化，就可利用相应的电容量的改变实现参数测量。据此，电容式传感器可分为的改变实现参数测量。据此，电容式传感器可分为以下三大类：以下三大类：(1) (1) 极距变化型电容传感器；极距变化型电容传感器；(2) (2) 面积变化型电容传感器；面积变化型电容传感器；(3) (3) 介质变化型电容传感器。介质变化型电容传感器。1.变极距型电容传感器00000rSSCdd 设初始电容为：设初始电容为：当间隙d0减小d时,则电容量增大C，则：0000000000rrrSSSddCCCCdddddddd 电容的相对变化为：00011CddCdd2300

17、0001.CddddCdddd当当 时，将上式按泰勒级数展开，得：时，将上式按泰勒级数展开，得：0/1d d可见，电容可见，电容C C的相对变化与位移之间呈现的是一种非线性关系。的相对变化与位移之间呈现的是一种非线性关系。在误差允许范围内通过略去高次项得到其近似的线性关系：在误差允许范围内通过略去高次项得到其近似的线性关系：00CdCd00/1C CKdd电容传感器的静态灵敏度为电容传感器的静态灵敏度为灵敏度随极板间距的减小而增大如果只考虑二次非线性项，忽略其它高次项，则得非线如果只考虑二次非线性项，忽略其它高次项，则得非线性误差：性误差： 2000(/)100%/100%/Ld dd dd

18、d 由以上分析可知：变极距型电容式传由以上分析可知：变极距型电容式传感器只有在感器只有在d/d0很小时，才有近似的很小时，才有近似的线性输出。线性输出。 Cdd0ddC1C2C1C2如图，极距变化相同值如图，极距变化相同值d所对应的电容变所对应的电容变化量化量不同不同非线性随极板间距的减小而增大2.变面积的电容式传感器 0 xb axb xCCdd当动极板移动后当动极板移动后, ,极板相对有效面极板相对有效面积发生变化，对应的电容值为：积发生变化，对应的电容值为：00 xb xxCCCCdaCbkxd灵敏度：灵敏度：灵敏度为常数（3）介质变化型电容传感器 将相对介电系数为r2的电介质以不同深度

19、插入电容器中，从而改变两种介质的极板覆盖面积。传感器的总电容器C为两个不同电容C1和C2的并联结果。 当l=0时传感器的初始电容为C0；当电介质r2进入极板后引起电容的相对变化为00121020()rrbCCCllld02100011rrrCCClrCCl可见，电容的变化与电介质r2的移动量l呈线性关系。该原理可用于液位测量。将电容极板插入被检测的介质中，随着液体量的增加，极板覆盖面增大。根据上式，测出的电容量即反应液位高度。2.6 热电式传感器热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。其中，将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器；将温度变

20、化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类。热电偶传感器热电阻热敏电阻热电偶是将温度的变化转换为热电势变化的元件，是目前接触式测温中应用最广的热电势传感器。其测温范围较宽，一般为-501600，并有较高的测量精度。另外，它具有结构简单、制造方便、热惯性小、输出信号便于远距离传输等特点，常用来测量飞机发动机的排气温度。热电偶传感器 热电偶是当前热电测温中普遍使用的一种感温元件，它的工作原理是基于热电效应（一）热电效应及基本定律 两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在一起，组成图所示的闭合回路，当两个接触点(称为结点)温度t和t0不相同时，回路中既产生

21、电势，并有电流流通，这种把热能转换成电能的现象称为热电效应。此电动势的大小除了与材料本身的性质有关外，还取决于结点处的温差。称回路电势为热电势。两金属丝称为偶极或热电极。称回路电势为热电势。两金属丝称为偶极或热电极。两个结点中与被测介质接触的一个称为测量结成工作两个结点中与被测介质接触的一个称为测量结成工作端、热端，另一个称为参考端或自由端、冷端。端、热端，另一个称为参考端或自由端、冷端。 (一)两种导体的接触电动势两种导体接触的时候，由于导体内的自由电子密度不同，如果NANB电子密度大的导体A中的电子就向电子密度小的导体B扩散，从而由于导体A失去了电子而具有正电位。相反导体B由于接收到了扩散

22、来的电子而具有负电位。这样在扩散达到动态平衡时A、B之间就形成了一个电位差。这个电位差称为接触电动势。式中EAB(T)为A、B两种材料在温度为T时的接触电动势；K为玻耳兹曼常数；e为电子电荷：NA(T)、NB(T)为A、B两种材料在温度T时的自由电子密度。 (二)单一导体中的温差电动势 对单一金属导体，如果两端的温度不同，则两端的自由电子就具有不同的动能。温度高则动能大，动能大的自由电子就会向温度低的一段扩散。失去了电子的这一端就处于正电位，而低温端由于得到电子处于负电位。这样两端就形成了电位差，称为温差电动势。综上所述，在整个闭合回路中产生的总电动势EAB(T,T0)可表示为由式可知，热电偶

23、总电动势与电子密度NA、NB及两节点温度T、T0有关，电子密度取决于热电偶材料的特性。当热电偶材料一定时，热电偶的总电动势EAB(T，T0)成为温度T和To的函数差，即从上式可知：（1）如果组成热电偶的两个电极的材料相同，即使两结点的温度不同，也不会产生热电势；（2）组成热电偶的两个电极的材料虽然不相同，但是两结点的温度相同也不会产生热电势；（3）由不同电极材料A、B组成的热电偶，当冷端温度T0恒定时，产生的热电势在一定的温度范围内是热端温度T的单值函数。2.7 压电式传感器压电式传感器是一种有源的发电型传感器。压电式传感器是一种有源的发电型传感器。它的工作原理是基于电介质的压电效应。它的工作

24、原理是基于电介质的压电效应。在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量。而实现非电量测量。压电式传感器可以直接用于测压电式传感器可以直接用于测力力或测量与力或测量与力有关的有关的位移位移、振动加速度振动加速度等。等。某些晶体或多晶陶瓷，当沿着一定方向受到外某些晶体或多晶陶瓷，当沿着一定方向受到外力作用时，内部就产生极化现象，同时在某两力作用时，内部就产生极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，又恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷的极性

25、也随着改变；晶体受力所产生的电电荷的极性也随着改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比荷量与外力的大小成正比。上述现象称为上述现象称为正压正压电效应电效应。 机械能转化为电能机械能转化为电能反之，如对晶体施加一定变电场，晶体本身将反之，如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随着消失，产生机械变形，外电场撤离，变形也随着消失，称为称为逆压电效应逆压电效应。 电能转化为机械能电能转化为机械能具有压电效应的物质很多，如天然形成的石英晶体和人工制造的压电陶瓷。|天然石英晶体的结构外形 光轴(Z轴):晶体的对称轴,光线沿Z轴通过晶体不产生双折射现象,且无压电效应； 电轴

26、(X轴):与该压轴垂直的面，压电效应最为显著; 机械轴(Y轴):在外电场作用时，在此轴上产生的机械变形最大。石英晶体石英晶体若从晶体上沿y方向切下一块晶片，当在电轴方向施加作用力时, 在与电轴 x 垂直的平面上将产生电荷, 其大小为qx=d11Fx。 式中: d11x方向受力的压电系数 Fx作用力若在同一切片上, 沿机械轴y方向施加作用力Fy, 则仍在与x轴垂直的平面上产生电荷qy, 其大小为Qy=d12Fya/b 式中: d12y轴方向受力的压电系数, d12=-d11 a、 b晶体切片长度和厚度负号表示沿y轴的压缩力产生的电荷与沿x轴施加的压缩力所产生的电荷极性相反。当沿机械轴方向对晶体片

27、施力时，产生的电荷量是与晶片的几何尺寸有关的。如果在y轴方向对晶体片施加拉力，其电荷方向相反。当石英晶体在沿光轴方向受力时，无论压缩力还是拉伸力，都不会产生电荷。压电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。材料内部的晶粒有许多自发极化的电畴，它有一定的极化方向，从而存在电场。在无外电场作用时，电畴在晶体中杂乱分布，它们的极化效应被相互抵消，压电陶瓷内极化强度为零，因此原始的压电陶瓷呈中性，不具有压电效应，如图（a）所示。在陶瓷上施加外电场时，电畴的极化方向发生转动，趋向于按外电场方向排列，从而使材料得到极化，如图（b）所示。外电场愈强，就有更多的电畴更完全地转向外电场方向。让外电场强度

28、大到使材料的极化达到饱和的程度，即所有电畴极化方向都整齐的与外电场方向一致时，外电场去掉后，电畴的极化方向基本不变，即剩余极化强度很大，这时的材料才具有压电特性。压电陶瓷经过极化处理后具有非常高的压电常数，是石英晶体的几百倍。因此，采用压电陶瓷作为传感器的压电元件，其灵敏度比用石英高得多。2.8 同位器及随动系统同位器是一种感应式交流控制电机，主要功能是实现角度跟踪。在飞机上，同位器广泛应用于远距离指示装置和伺服系统中，其功能是将转子转动的角信号变换为电信号或将电信号变换为转子的转角信号，实现角度信号的变换、发送、传输和接收。例如，在远读地平仪中，同位器用来测量和传递飞机的俯仰角或倾斜角。又如

29、，在航向系统中，同位器用来测量飞机的转弯角等。电位器式同位器直流同位器，由发送器和接收器两部分组成。发送器是一个环形电位器，接收器是三线圈式电流比值表。发送器的三把电刷互成120，同轴相连，由被测角位移的机构带动而转动。接收器三个结构相同的线圈互成120，可以接成星形，也可以接成三角形。指针固定在活动磁铁转子轴上，用来指示被测角位移的大小。发送器的三把电刷通过三根线与接收器相连，直流电源加在发送器电阻直径的两端。基本工作原理是利用输入角位移使发送器三把电刷的电位改变，从而使接收器线圈相应点的电位改变，电流比值表线圈中电流改变，结果使合成磁场的方向改变。在这个磁场的作用下，活动磁铁的角位移改变。

30、当输入角位移为0时，电刷处于电位器上正极的位置，线圈端点的电位最高，、两线圈端点的电位相等且较低。因此，线圈中的电流最大，、线圈中的电流相等且较小，线圈中的磁场强度最大，、线圈中的磁场强度相等且较小,合成磁场方向与线圈中的磁场方向一致。活动衔铁停的位置与合成磁场的方向一致，表示输入角位移为0。当输入角位移为30时，电刷从起始位置顺时针方向转过30，线圈端点的电位较高，线圈一端的电位较低、线圈两端的电位相等。因此，、两线圈中有同样大小的电流，线圈中无电流。线圈的磁场和线圈的磁场大小相等，合成磁场方向与线圈中的磁场方向夹角为30，活动衔铁转到与合成磁场的方向一致的位置，表示输入角位移为30。双电位

31、器随动系统双电位器随动系统是用两个电位器作为测量元件的随动系统，该系统的输入量是发送器电刷与环形电阻的相对角位移；输出量是输出轴的角位移，此角位移反馈到测量部分时，即是双电位器接收器电刷与环形电阻间的相对角位移。双电位器随动系统在协调状态时，发送器电刷A、B的空间位置与接收器输出端a、b的空间位置互相垂直, a、b两端输出信号电压为0。当系统有输入角位移时，发送器两把电刷A、B相对环形电阻转动，如顺时针转动30 ，电位器上1、2、3点电位随之变化，2、3两点电位不再相等，接收器输出端a、b电位也不相等，有信号电压输出，此时称为失调状态。失调电压经放大器放大后使电动机转动，接收器电刷在电动机带动

32、下顺时针转动30 ，这时，b端电位等于1/2电源电压， a端电位也等于1/2电源电压，输出电压为0，电机停转，系统重新协调。变压器式同位器在精度要求高和负载转矩大的同步角位移传送系统中，多采用变压器式同位器系统。发送器和接收器都有三个互成120的定子绕组和一个转子绕组。发送器的转子接受输入的角位移，接收器的转子则对外输出角位移。在初始状态时，发送器转子绕组轴线与接收器转子绕组轴线互相垂直。当发送器转子绕组通以单相交流电时，便产生磁通1，其方向与轴线相重合。交变磁通1在发送器三相定子绕组中产生感应电势，并有感应电流。感应电流产生的磁通1与1方向相反，起去磁作用。来自发送器定子绕组的三相感应电流进

33、入接收器三相定子绕组时，其方向相反。接收器三相定子绕组中的电流，在接收器中产生磁通1” ，方向与接收器定子A相绕组的轴线相重合。由于接收器转子绕组的轴线与磁通1”相垂直，接收器转子绕组不会产生感应电势，这种状态称为协调状态。当发送器转子绕组的轴线顺时针旋转1时，接收器中磁通1”也跟着相对于定子A相绕组轴线偏转1。接收器转子绕组轴线不再与接收器定子磁通1”垂直。将磁通1”分解为互相垂直的两个分量，h= 1”sin1全部穿过接收器转子绕组，使接收器转子绕组产生感应电势E。当发送器和接收器处于不协调状态时，接收器转子绕组输出的感应电势被送入放大器中进行放大，放大后的信号去控制伺服电动机转动，伺服电动

34、机转动时带动接收器转子绕组。当接收器转子绕组的轴线与发送器转子绕组轴线再次垂直时，接收器转子绕组输出的感应电势又为0，放大器不工作，电动机停止转动，系统重新进入协调状态。电动机轴所输出的角位移就是发送器转子输入轴的角位移。这样。完成了输入轴角位移在空间远距离传输的目的。在远读式地平仪中，变压器式同位器用来测量飞机的俯仰角和倾斜角。倾斜同位器发送器的转子安装在外框轴上，定子安装在壳体上。接收器安装在远读地平仪的指示器上，转子输出的电压经放大后，加在交流伺服电动机的控制绕组上，使电动机旋转，经减速器带动指示器上的小飞机和接收器转子转动。当飞机平飞时，发送器转子轴线与其定子A相绕组轴线重合，接收器转

35、子轴线与其定子A相轴线相垂直。电动机不转动，指示器上的小飞机处于水平位置。当飞机倾斜1时，发送器转子轴线相对于定子A相绕组轴线转过1角，接收器的磁通1”相对其定子A相绕组轴线也转过1角。 1”在接收器转子绕组中产生感应电势，经放大后使电动机转动，带动指示器中的小飞机转动，同时带动接收器转子转动。直到转子轴线也从初始位置转过1，接收器转子的轴线又与磁通1”相垂直，转子绕组的感应电势为0，电动机停止转动，小飞机停止转动，倾斜刻度盘上指出的角度正是飞机的倾斜角。在航向系统中，变压器式同位器用来测量飞机的磁航向。发送器是一个地磁感应元件。它能够测量和传递地球磁场与飞机的航向角信号。接收器为输入同位器，转子绕组与放大器、电动机、输出同位器的转子绕组组成一个随动系统。该系统中的磁同位器的三相定子绕组接成星形，与输入同位器三相定子绕组对应连接。磁同位器转子磁场就是地球磁场，相当于发送器的转子是一个永磁转子。当飞机改变航向时，地球磁场的轴线相对于定子A轴转动一个角度，输入同位器的磁通也随之相对定子A轴转动一个角度，转子绕组中产生感应电势，放大后，使电动机带动指针和输出同位器转子转动，转子在空间位置可以正