第3章--电感式传感器课件

传感器原理与应用传感器原理与应用第第3章章 电感式传感器电感式传感器第第3章章 电感式传感器电感式传感器 电电感感式式传传感感器器是是建建立立在在电电磁磁感感应应基基础础上上，利利用用线线圈圈自自感感或或互互感感的的改改变变来来实实现现测测量量的的一一种种装装置置。可可以以对对线线位位移移或或角角位位移移直直接接进进行行测测量量。常常可可由由下下列列方方法法使使线线圈圈的的电电感变化感变化 (1)改变几何形状；改变几何形状；(2)改变磁路的磁阻；改变磁路的磁阻；(3)改变磁芯材料的导磁率；改变磁芯材料的导磁率；(4)改变一组线圈的两部分或几部分间的耦合度。改变一组线圈的两部分或几部分间的耦合度。第第3章章 电感式传感器电感式传感器电感式传感器分类电感式传感器分类电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感型互感型压磁式传感器压磁式传感器差动变压器差动变压器感应同步器感应同步器第第3章章 电感式传感器电感式传感器 电感式传感器的电感式传感器的优点优点如下如下 (1)结结构构简简单单。工工作作中中没没有有活活动动电电接接触触点点，因因而而比电位器工作可靠，寿命长；比电位器工作可靠，寿命长；(2)灵灵敏敏度度高高，分分辨辨力力高高。能能测测出出0.1 mm甚甚至至更更小小的的机机械械位位移移变变化化，能能感感受受小小至至0.1角角秒秒的的微微小小角角度度变化；变化；第第3章章 电感式传感器电感式传感器 (3)输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、对输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、对工作环境要求不高。工作环境要求不高。电感式传感器的电感式传感器的缺点缺点如下如下 (1)频率响应差，不宜于快速动态测量；频率响应差，不宜于快速动态测量；(2)存在交流零位信号存在交流零位信号(零位残余电压零位残余电压)。第第3章章 电感式传感器电感式传感器磁路与电路的对比如下表所示。磁路与电路的对比如下表所示。电路电路电动势电动势E电流电流I电导率电导率s s=1 1/r/r电阻电阻R=l/(/(s sS)电位降落电位降落RI磁路磁路磁动势磁动势Em磁通磁通f f磁导率磁导率m m=m m0m mr磁阻磁阻Rm=l/(/(m mS)磁位降落磁位降落 Rmf f电感式接近开关电感式接近开关第第3章章 电感式传感器电感式传感器电感式位移传感器电感式位移传感器第第3章章 电感式传感器电感式传感器 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 3.4 压磁式传感器压磁式传感器 3.5 应用举例应用举例第第3章章 电感式传感器电感式传感器3.1 自感式传感器自感式传感器自感式传感器自感式传感器按磁路几何参数按磁路几何参数变化形式分类变化形式分类变气隙型变气隙型螺管型螺管型按磁路的结构型按磁路的结构型式分类式分类按组成方式分类按组成方式分类P P型型E型型 自自感感式式传传感感器器实实质质上上是是一一个个带带气气隙隙的的铁铁心心和和线线圈，其分类如下。圈，其分类如下。变面积型变面积型槽型槽型单一式单一式差动式差动式3.1 自感式传感器自感式传感器 3.1.1 变气隙型自感式传感器的工作原理变气隙型自感式传感器的工作原理 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 3.1.3 等效电路等效电路 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1.5 测量电路测量电路 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 1.工作原理工作原理 当当衔衔铁铁上上下下移移动动时时，磁磁路路中中气气隙隙的的磁磁阻阻发发生生变变化化，从从而而引引起起线线圈圈自自感感的的变变化化，这这种种变变化化与与气气隙隙大大小相对应。小相对应。3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 2.自感的计算及特性分析自感的计算及特性分析 (1)自自感感的的计计算算 根根据据电电感感的的定定义义，线线圈圈的的电电感感量可由下式确定量可由下式确定所以所以另有另有3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 假假设设：铁铁心心磁磁路路中中的的磁磁滞滞及及涡涡流流损损耗耗不不计计；不不考考虑虑集集肤肤效效应应及及边边缘缘效效应应；忽忽略略绕绕组组的的漏漏磁磁。则则总总磁磁阻为阻为导导磁磁率率m mm m0m mr，m m0为为真真空空的的磁磁导导率率，而而空空气气的的相相对对磁磁导导率率m mr1。S为空气隙的截面积。为空气隙的截面积。3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理由于由于m m1、m m2 m m0，所以，所以所以所以3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 (2)自自感感的的特特性性分分析析 特特性性曲曲线线如如图图所所示示。初初始始气气隙隙记记作作d d0，衔衔铁铁的的位位移移量量即即气气隙隙变变化化量量记记作作D Dd d，对对应应的的自自感感变变化量记作化量记作D DL1(或或D DL2)，衔铁处于起始位置时的电感值为，衔铁处于起始位置时的电感值为 3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 当当衔衔铁铁上上移移D Dd d时时，传传感感器器气气隙隙减减小小D Dd d，即即d dd d0D Dd d，则此时电感为，则此时电感为当当D Dd d/d d 01时，可将上式展开成级数形式时，可将上式展开成级数形式3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 由由上上式式可可求求得得电电感感增增量量D DL1和和相相对对增增量量D DL1/L0的的表达式为表达式为3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理D DL1和和D Dd d的关系是非线性的。减小非线性的方法如下的关系是非线性的。减小非线性的方法如下 减小减小D Dd d，但测量范围也减小；，但测量范围也减小；增加增加d d0，但灵敏度降低。，但灵敏度降低。仅取线性项，得仅取线性项，得3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 当当d d0增增加加时时，灵灵敏敏度度下下降降。即即非非线线性性与与灵灵敏敏度度相相矛矛盾盾，也也就就与与测测量量范范围围相相矛矛盾盾。所所以以变变气气隙隙式式电电感感传传感器一般用于测量微小位移，常取感器一般用于测量微小位移，常取D Dd d/d d0 0.10.2。为为了了减减小小非非线线性性误误差差，实实际际测测量量中中广广泛泛采采用用差差动动变气隙式电感传感器。变气隙式电感传感器。得得(相对相对)灵敏度为灵敏度为3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 当当衔衔铁铁向向上上移移动动D Dd d时时，上上面面线线圈圈的的电电感感L1由由式式(3.6)给给出出，下下面面线圈的电感则为线圈的电感则为在差动使用时，电桥输出与在差动使用时，电桥输出与D DL有关。有关。D DL的表达式为的表达式为3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理仅取线性项，得仅取线性项，得3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理灵敏度为灵敏度为 与与单单线线圈圈变变气气隙隙式式电电感感传传感感器器相相比比，灵灵敏敏度度高高一一倍；倍；线性度得到明显改善线性度得到明显改善(因忽略的是更高阶项因忽略的是更高阶项)。为为此此，两两个个变变气气隙隙式式电电感感传传感感器器在在结结构构尺尺寸寸、电电气气参数、材料等方面均应完全一致。参数、材料等方面均应完全一致。3.1 自感式传感器自感式传感器 3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 3.1.3 等效电路等效电路 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1.5 测量电路测量电路 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 变变面面积积型型自自感感传传感感器器如如图图所所示示。其其气气隙隙长长度度d d 保保持持不变，磁通截面积随被测量而变。不变，磁通截面积随被测量而变。3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器通过设计合理的结构，由式通过设计合理的结构，由式(3.3)可可见见，变变面面积积型型传传感感器器在在忽忽略略气气隙隙磁磁通通边边缘缘效效应应的的条条件件下下，输输出出特特性性呈呈线线牲牲，因因此此可可望望得得到到较较大大的的线线性性范范围围。与与变变气气隙隙型型相相比比较较，其其灵灵敏敏度度较较低低。欲欲提提高高灵灵敏敏度度，需需减减小小d d和和增增加加N，但但同同样样受受到到工工艺艺和和结结构构的的限限制制，气气隙隙长度长度d d 的选取与变气隙型相同。的选取与变气隙型相同。3.1 自感式传感器自感式传感器 3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 3.1.3 等效电路等效电路 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1.5 测量电路测量电路 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压3.1.3 等效电路等效电路 前前面面认认为为线线圈圈是是一一个个纯纯电电感感，实实际际上上它它不不是是，可可以等效成图示电路。以等效成图示电路。3.1.3 等效电路等效电路 (1)线圈的线圈的铜损电阻铜损电阻Rc 应尽量小。应尽量小。(2)涡涡流流损损耗耗电电阻阻Rv 它它是是因因为为交交变变电电流流产产生生的的交交变变磁磁场会在铁心中造成涡流而损耗能量，场会在铁心中造成涡流而损耗能量，应尽量小应尽量小。3.1.3 等效电路等效电路 (3)磁磁滞滞损损耗耗电电阻阻Rh 它它是是因因为为铁铁磁磁物物质质在在交交变变磁磁化化时时磁分子来回翻转需克服阻力引起能量损耗，磁分子来回翻转需克服阻力引起能量损耗，应尽量小应尽量小。(4)并并联联寄寄生生电电容容C 主主要要由由线线圈圈绕绕组组的的固固有有电电容容与与电电缆缆分分布布电电容容所所构构成成。按按规规定定电电缆缆校校准准好好的的仪仪器器，如如更更换换了了电缆，则应重新校准或采用并联电容加以调整。电缆，则应重新校准或采用并联电容加以调整。3.1.3 等效电路等效电路 例例3.1 图图示示为为变变气气隙隙型型电电感感式式传传感感器器，衔衔铁铁截截面面积积S、气气隙隙总总长长度度ld d、衔衔铁铁最最大大位位移移D Dld d、线线圈圈匝匝数数N、导导线线直直径径d、电电阻阻率率r r已已知知。当当激激励励电电源源频频率率f4 000 Hz时时，忽略漏磁及铁损忽略漏磁及铁损(包括涡损与磁滞损耗包括涡损与磁滞损耗)，计算，计算1ld d/2 2x23 线圈电感值；线圈电感值；电感的电感的最大变化量；最大变化量；当线圈外截面当线圈外截面为为11 mm11 mm 时，求其直时，求其直流电阻值；流电阻值；线圈品质因数；线圈品质因数；当线圈存在当线圈存在200 pF分布电容分布电容时其等效电感变化多大？时其等效电感变化多大？3.1.3 等效电路等效电路 解解 根根据据变变气气隙隙型型电电感感的的计计算算公公式式及及图图示示结结构构，可可知其初始电感为知其初始电感为 当当 衔 铁 位位 移移 D Dld d 0.08 mm时的的电感感值L1为 1ld d/2 2x233.1.3 等效电路等效电路当当衔铁位移位移D Dld d0.08 mm时的的电感感值L2为 所所以以，当当衔铁最最大大位位移移D Dld d 0.08 mm时，相相应的的电感感最大最大变化量化量为3.1.3 等效电路等效电路 铁心心横横截截面面为4 mm4 mm，线圈圈外外截截面面为11 mm11 mm，取取平平均均值，按按横横截截面面为7.5 mm7.5 mm计算每匝算每匝总长，得，得l47.530 mm。所以。所以 1ld d/2 2x233.1.3 等效电路等效电路线圈的品质因数为线圈的品质因数为 当当线圈圈存存在在C200 pF的的分分布布电容容时，如如上上图所所示示，其其等等效效电路路如如下下图所所示。等效条件示。等效条件为它它们的阻抗相等，即的阻抗相等，即 3.1.3 等效电路等效电路得得 3.1.3 等效电路等效电路当当Q 1时，有时，有 所以，等效所以，等效电感感变化量化量为 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 3.1.3 等效电路等效电路 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1.5 测量电路测量电路 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 螺螺管管型型自自感感传传感感器器由由线线圈圈、衔衔铁铁和和磁磁性性套套筒筒组组成成。随随着着衔衔铁铁插插入入线线圈圈深深度度的的不不同同将将引引起起线线圈圈漏漏磁磁路路径径中中磁磁阻阻变变化化，从从而而使使线线圈圈的的电电感感发发生生变变化化。但但理理论论推推导导复复杂杂，且且理理论论结结果与实践相差很多。果与实践相差很多。D DxrDra衔衔铁铁磁性磁性套筒套筒线圈线圈xlla 螺管式自感传感器与前两种相比有以下特点螺管式自感传感器与前两种相比有以下特点 (1)由由于于空空气气隙隙大大，磁磁路路磁磁阻阻大大，故故灵灵敏敏度度较较前前两种低两种低。(2)从从磁磁通通分分布布看看，只只要要满满足足主主磁磁通通不不变变、线线圈圈绕组排列均匀等条件，可望得到较大的线性范围。绕组排列均匀等条件，可望得到较大的线性范围。3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 3.1.3 等效电路等效电路 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1.5 测量电路测量电路 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压 1.变压器电桥变压器电桥 Z1、Z2为为差差动动式式电电感感传传感感器器两两线线圈圈的的阻阻抗抗，另另两两臂臂为电源变压器次级线圈。输出空载电压为为电源变压器次级线圈。输出空载电压为Z1U/2U/2UoZ23.1.5 测量电路测量电路3.1.5 测量电路测量电路 初初始始时时电电桥桥处处于于平平衡衡状状态态，Z1Z2Z0，输输出出为为零零。当铁心偏离平衡位置时，当铁心偏离平衡位置时，Z1Z0D DZ，Z2Z0D DZ，则，则 当当传传感感器器铁铁心心的的移移动动方方向向改改变变时时，输输出出电电压压的的相相位位随随之反相，由此可判别衔铁移动的方向。之反相，由此可判别衔铁移动的方向。直接整流后的输出直接整流后的输出为为3.1.5 测量电路测量电路当当Qw wL/R很大且很大且D DR可以忽略时，上式可写成可以忽略时，上式可写成 变变压压器器电电桥桥使使用用元元件件少少，输输出出阻阻抗抗小小(变变压压器器次次级级线线圈圈的的阻阻抗抗可可忽忽略略，输输出出阻阻抗抗为为传传感感器器两两线线圈圈阻阻抗抗的并联的并联)，因而获得了广泛应用，因而获得了广泛应用。3.1.5 测量电路测量电路特性曲线如图所示。特性曲线如图所示。3.1.5 测量电路测量电路 2.调幅电路调幅电路 传传感感器器电电感感L与与一一个个固固定定电电容容C和和一一个个变变压压器器T串串联联在在一一起起。输输出出电电压压的的频频率率将将与与电电源源频频率率相相同同，幅幅度度随随L变变化化。L0为为谐谐振振点点的的电电感感值值。这这种种电电路路灵灵敏敏度度很很高，但线性较差。高，但线性较差。CLUTUoUoOLL03.1.5 测量电路测量电路 3.调频电路调频电路 一一般般是是把把传传感感器器电电感感L和和固固定定电电容容C接接入入振振荡荡回回路路中。图中中。图中G表示振荡回路，其振荡频率为表示振荡回路，其振荡频率为3.1.5 测量电路测量电路 4.调相电路调相电路 左左图图是是一一个个相相位位电电桥桥，一一臂臂为为传传感感器器L，另另一一臂臂为为固固定定电电阻阻R。设设计计时时，使使电电感感线线圈圈具具有有高高的的品品质质因因数数，忽忽略略其其损损耗耗电电阻阻，线线圈圈可可看看作作一一个个纯纯电电感感。则则电电感感线线圈圈上上的的压压降向量与固定电阻上的压降向量互相垂直，如右图所示。降向量与固定电阻上的压降向量互相垂直，如右图所示。LU/2j jU/2RU/2UROCULU/2AB3.1.5 测量电路测量电路LU/2j jU/2R 当当L改改变变时时，的的值值随随之之变变化化，C点点的的轨轨迹迹是是以以AB为为直直径径的的半半圆圆，连连接接OC，则则向向量量OC为为调调相相电电路路输输出出电压电压 。U/2UROCULU/2AB3.1.5 测量电路测量电路 显然向量显然向量OC的幅值是不变的，而其相位为的幅值是不变的，而其相位为j j与与L之间的关系如下图所示。之间的关系如下图所示。j jL0p pU/2UROCULU/2AB3.1 自感式传感器自感式传感器 3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 3.1.3 等效电路等效电路 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1.5 测量电路测量电路 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压 当当差差动动电电感感式式传传感感器器的的衔衔铁铁位位于于初初始始平平衡衡位位置置时时，测测量量电电桥桥的的输输出出理理论论上上应应为为零零，但但实实际际上上总总存存在在零零位位不不平平衡衡电电压压输输出出，从从而而造造成成零零位位误误差差。这这个个零零位位时时输输出出的的最小电压称作最小电压称作零位残余电压零位残余电压，用，用e0表示。表示。3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压 左左图图是是从从示示波波器器上上观观察察到到的的零零位位残残余余电电压压的的波波形形，是是由由很很多多幅幅值值和和频频率率互互不不相相同同的的谐谐波波组组成成的的。基基波波包包括括同同相相分分量量与与正正交交分分量量(通通常常是是主主要要的的)。高高次次谐谐波波中中主主要要有有偶偶次次谐波和三次谐波。另外还有幅值较小的外界电磁干扰波。谐波和三次谐波。另外还有幅值较小的外界电磁干扰波。Ote0U基波同相分量基波同相分量偶次谐波偶次谐波三次谐波三次谐波电磁干扰波电磁干扰波t0基波正基波正交分量交分量3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压 1.产生零位残余电压的原因产生零位残余电压的原因 差差动动式式电电感感传传感感器器的的电电气气参参数数及及结结构构尺尺寸寸不不可可能完全对称；能完全对称；传感器具有铁损，即磁化曲线的非线性；传感器具有铁损，即磁化曲线的非线性；电源电压中含有高次谐波；电源电压中含有高次谐波；线线圈圈具具有有寄寄生生电电容容，线线圈圈与与外外壳壳、铁铁心心间间有有分分布电容。布电容。3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压 2.减小零位残余电压的措施减小零位残余电压的措施 衔衔铁铁、骨骨架架等等零零件件应应保保证证足足够够的的加加工工精精度度，两两线线圈圈绕绕制制要要一一致致，必必要要时时可可选选配配线线圈圈。保保证证电电、磁磁、几几何何参数对称。参数对称。减小电源中的谐波成分。减小电源中的谐波成分。减小励磁电流，使之工作在磁化曲线的线性段。减小励磁电流，使之工作在磁化曲线的线性段。注意利用外壳进行电磁屏蔽。注意利用外壳进行电磁屏蔽。采用电路措施来减小零位电压。采用电路措施来减小零位电压。3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压 3.补偿电路补偿电路 如如图图所所示示，串串联联电电阻阻Ra用用来来消消除除基基波波同同相相分分量量；并并联联电电阻阻Rb用用来来消消除除高高次次谐谐波波分分量量；并并联联电电容容C用用来来消消除除基基波波正正交交分分量量或或高高次次谐谐波分量。波分量。RbRaUoC3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压 如图所示是一种实际补偿电路。如图所示是一种实际补偿电路。Uo3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压4.其他方法其他方法 另另一一种种有有效效的的方方法法是是采采用用外外接接测测量量电电路路来来减减小小零零位位电电压压。如如相相敏敏检检波波电电路路，它它能能有有效效地地消消除除基基波波正正交交分分量量与与偶偶次次谐谐波波分分量量，减减小小奇奇次次诣诣波波分分量量，使使传传感感器器零零位位电电压减至极小。压减至极小。此此外外还还可可采采用用磁磁路路调调节节机机构构（如如可可调调端端盖盖）保保证证磁磁路的对称性，来减小零位电压。路的对称性，来减小零位电压。3.1 自感式传感器自感式传感器 3.1.1 变气隙型变气隙型自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 3.1.3 等效电路等效电路 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1.5 测量电路测量电路 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压第第3章章 电感式传感器电感式传感器 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 3.4 压磁式传感器压磁式传感器 3.5 应用举例应用举例3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 3.2.3 测量电路测量电路3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 差差动动变变压压器器式式传传感感器器是是一一种种常常用用的的互互感感式式传传感感器，其器，其初、次级线圈互感随衔铁位移变化而变化初、次级线圈互感随衔铁位移变化而变化。和和一一般般变变压压器器不不同同的的是是：后后者者一一般般为为闭闭合合磁磁路路，前前者者一一般般为为开开磁磁路路；后后者者初初、次次级级间间的的互互感感为为常常数数，前前者者初初、次次级级间间的的互互感感随随衔衔铁铁移移动动而而变变，且两个次级绕组按差动方式工作。且两个次级绕组按差动方式工作。3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 差动变压器式传感器的类型如下差动变压器式传感器的类型如下 变变气气隙隙型型。灵灵敏敏度度较较高高，但但测测量量范范围围小小，一一般用于测量几般用于测量几m mm到几百到几百m mm的位移。的位移。3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 变变面面积积型型。一一般般可可分分辨辨零零点点几几角角秒秒以以下下的的微小角位移，线性范围达微小角位移，线性范围达 10。3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 螺螺管管型型。可可测测量量几几m mm到到1 m的的位位移移，但但灵灵敏敏度度稍稍低低。其其示示值值范范围围大大，自自由由行行程程可可任任意意安安排排、制制造造装装配也较方便。配也较方便。3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 3.2.3 测量电路测量电路3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 1.结构特点结构特点 螺螺管管型型差差动动变变压压器器结结构构形形式式虽虽有有多多种种，但但不不外外乎包括线圈组件、铁心和衔铁三部分。乎包括线圈组件、铁心和衔铁三部分。铁铁心心的的作作用用是是提提供供闭闭合合回回路路、磁磁屏屏蔽蔽和和机机械械保保护护。活活动动衔衔铁铁和和铁铁心心用用同同种种材材料料制制造造，通通常常选选用用电电阻率大、导磁率高、饱和磁感应强度大的材料。阻率大、导磁率高、饱和磁感应强度大的材料。3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 线线圈圈组组件件由由初初、次次级级线线圈圈和和骨骨架架组组成成。线线圈圈通通常常用用高高强强度度漆漆包包线线密密绕绕而而成成。骨骨架架通通常常采采用用圆圆柱柱形形。根根据据一一次次、二二次次线线圈圈排排列列形形式式不不同同，有有图图示示几几种种形形式式。常常用用的的是二节式和三节式。是二节式和三节式。3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 2.输出特性分析输出特性分析 (1)等等效效电电路路 为为便便于于研研究究，可可忽忽略略铁铁损损、导导磁磁体体磁阻和线圈间寄生电容，得等效电路如图所示。磁阻和线圈间寄生电容，得等效电路如图所示。.U1L1R1MbMaE2bE2ar2ar2bL2aL2b.Uo.I1.3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器次级回路的输出开路电压为次级回路的输出开路电压为即即令令t tpL1/R1，代入上式可得差动变压器的输出特性为，代入上式可得差动变压器的输出特性为3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器(1)铁心处于中间位置时，铁心处于中间位置时，MaMbM0，则，则Uo0。(2)铁心上升时，铁心上升时，MaM0D DM，MbM0D DM，得得(3)铁心下降时，铁心下降时，MaM0D DM，MbM0D DM，得，得3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器输出电压还可以写成输出电压还可以写成式式中中，Uo0为为铁铁心心处处于于中中间间平平衡衡位位置置时时单单个个次次级级线线圈圈的的感应电势。感应电势。3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 (2)灵敏度灵敏度 提高灵敏度的途径如下提高灵敏度的途径如下 提提高高线线圈圈的的品品质质因因数数，为为此此需需增增大大差差动动变变压压器器的的尺寸，一般尺寸，一般线圈长度线圈长度为直径的为直径的1.52.0倍为宜。倍为宜。选择较高的激励频率。选择较高的激励频率。3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 增增大大铁铁心心直直径径，使使其其接接近近线线圈圈架架内内径径，但但不不触触及及线线圈圈架架。铁铁心心尽尽量量采采用用导导磁磁率率高高、铁铁损损小小、涡涡流流损损耗耗小小的材料。的材料。在在不不使使初初级级线线圈圈发发热热的的条条件件下下，应应尽尽量量提提高高激激励励电压。电压。3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器(3)电源电源频率特性频率特性 根据式根据式(3.32)当当激激励励频频率率很很低低时时，w wL1R1时时，灵灵敏敏度度与与频频率率无无关关，是是一个常数。即一个常数。即3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 当当w w继继续续增增加加到到某某一一数数值值(此此值值和和铁铁心心的的材材料料有有关关)，由于趋肤效应和铁损使灵敏度下降。，由于趋肤效应和铁损使灵敏度下降。通通常常差差动动变变压压器器的的激激励励频频率率取取50 Hz10 kHz较较为适当。为适当。3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 例例3.2 试试分分析析下下图图所所示示差差动动变变压压器器零零点点残残余余电电压压U0补偿电路原理，并画出向量图。补偿电路原理，并画出向量图。.e1.De21e22OABe23.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 解解 补补偿偿前前，设设|e21|e22|，并并且且e21超超前前e22的的相相角角为为q q，此此时时可可采采用用如如图图所所示示的的补补偿偿方方法法，在在e21回回路中串联电位器路中串联电位器R与电容与电容C来调节。来调节。e1e22e21e2.DABRCO3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器补偿前，零点残余电压补偿前，零点残余电压U0如图所示。如图所示。e22e21U0q q 加加入入补补偿偿电电阻阻R、补补偿偿电电容容C后后，零零点点残残余余电电压压为为eC与与e22的的矢矢量量和和。而而电电阻阻上上电电压压eR与与电电容容上上电电压压eC的矢量和为的矢量和为e21，如下页图所示。，如下页图所示。Ce1e22e21e2.DABR3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 图图中中，S点点在在以以e21为为直直径径的的半半圆圆上上。调调节节R，可可改改变变S点的位置，但始终有点的位置，但始终有eR垂直于垂直于eC。e22e21q qeCeRSU0Ce1e22e21e2.DABR3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 以以e22为为半半径径画画一一圆圆，与与上上述述半半圆圆必必定定有有一一交交点点。调调节节R，总总可可以以使使S点点与与上上述述交交点点重重合合，此此时时，|eC|e22|，即即便便eC与与e22之之间间有有相相位位差差，也也远远远远小小于于q q，eC与与e22的的矢矢量量和和也也远远远远小小于于U0。若若eC与与e22之之间间的的相相位位差差正正好好为为零零，则零点残余电压完全消除。则零点残余电压完全消除。-e22e21q qeCeRS也可使也可使S点在点在e22的反向延长线上的反向延长线上3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 3.2.3 测量电路测量电路3.2.3 测量电路测量电路 1.差动整流电路差动整流电路 这这种种电电路路是是把把差差动动变变压压器器两两个个线线圈圈的的电电压压分分别别整整流，然后将整流后的电压或电流的差值作为输出。流，然后将整流后的电压或电流的差值作为输出。这这种种电电路路简简单单，不不需需要要参参考考电电压压，不不用用考考虑虑相相位位调调整整和和零零位位电电压压的的影影响响，对对分分布布电电容容影影响响不不敏敏感感。此此外外，由由于于经经差差动动整整流流后后变变成成直直流流输输出出，便便于于远远距距离离输输送，因此应用广泛。送，因此应用广泛。3.2.3 测量电路测量电路a(a)全波电流输出全波电流输出bmA(b)半波电流输出半波电流输出abmA3.2.3 测量电路测量电路+-+-a(c)全波电压输出全波电压输出bV+-+(d)半波电压输出半波电压输出abV3.2.3 测量电路测量电路 2.差动相敏检波电路差动相敏检波电路 相相敏敏检检波波电电路路要要求求参参考考电电压压与与差差动动变变压压器器次次级级输输出出电电压压频频率率相相同同，相相位位相相同同或或相相反反，因因此此常常需需接接入入移移相相电电路路。为为了了提提高高检检波波效效率率，参参考考电电压压的的幅幅值值常常取取为为信号电压的信号电压的35倍。倍。若输出信号过小，可进行放大。若输出信号过小，可进行放大。3.2.3 测量电路测量电路 二二极极管管相相敏敏检检波波电电路路如如图图所所示示。u1为为差差动动变变压压器器输输出出电电压压，u2为为与与u1同同频频的的参参考考电电压压，并并且且u2u1，它它们们作作用用于于相相敏敏检检波波电电路路两两个个性性能能相相同同的的变变压压器器B1和和B2。u1u1、u2u2。u1与与u2同同相相时时，B1、B2输输出出电电压压的的参参考考方方向如图所示向如图所示。另假设二极管性能相同。另假设二极管性能相同。u1+-B1+-u1u1-+D1D2D3D4MB2u2+-+-+u2u23.2.3 测量电路测量电路 (1)当当u10时时。由由于于u2的的作作用用，在在u2正正半半周周时时，D3、D4导导通通，D1、D2截截止止，电电流流i3、i4以以不不同同方方向向流流过过电电流流表表。已已知知u2u2且且二二极极管管性性能能相相同同，所所以以i3i4，流过电流表的实际电流为零。，流过电流表的实际电流为零。i3i4B2+B1D1D2D3D4Mu2+-+u2u23.2.3 测量电路测量电路 在在u2负负半半周周时时，D1、D2导导通通，D3、D4截截止止，流流过过电电流表的实际电流仍然为零。流表的实际电流仍然为零。B1D1D2D3D4MB2u2+-+-+u2u2i2i1 (2)当当u10，但但与与u2同同相相时时。由由于于u2u1，在在u2正正半半周周时时，D3、D4仍仍然然导导通通，D1、D2仍仍然然截截止止。不不过过此此时时作作用用在在D4两两端端的的电电压压为为u2u1，而而作作用用在在D3两两端端的的电电压压为为u2u1u2u1，所所以以i3i4，电电流流表表指指针针右右偏偏。同同理理，在在u2负半周时，电流表指针也右偏。负半周时，电流表指针也右偏。i4u1+-B1+-u1u1-+D1D2D3D4MB2u2+-+-+u2u2i33.2.3 测量电路测量电路 (3)当当u10，与与u2反反相相时时。由由于于u2u1，在在u2正正半半周周时时，D3、D4仍仍然然导导通通，D1、D2仍仍然然截截止止。不不过过此此时时作作用用在在D4两两端端的的电电压压为为u2u1，而而作作用用在在D3两两端端的的电电压压为为u2u1u2u1，所所以以i3i4，电电流流表表指指针针左左偏偏。同同理理，在在u2负半周时，电流表指针也左偏。负半周时，电流表指针也左偏。u1+-B1+-u1u1-+D1D2D3D4MB2u2+-+-+u2u2i4i33.2.3 测量电路测量电路3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 3.2.3 测量电路测量电路第第3章章 电感式传感器电感式传感器 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 3.4 压磁式传感器压磁式传感器 3.5 应用举例应用举例3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 电电涡涡流流式式传传感感器器是是20世世纪纪70年年代代发发展展起起来来的的新新型型传传感感器器，它它的的特特点点是是结结构构简简单单、灵灵敏敏度度高高、频频率率响响应应范围宽、还可对一些参数进行非接触的连续测量。范围宽、还可对一些参数进行非接触的连续测量。电电涡涡流流式式传传感感器器主主要要分分为为高高频频反反射射式式和和低低频频透透射射式式两类。两类。3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 1.基本原理基本原理 高高频频交交变变电电流流产产生生交交变变磁磁场场，在在金金属属导导体体内内引引发发电电涡涡流流。涡涡流流将将产产生生反反向向交交变变磁磁场场，从从而而导导致致线线圈圈的的电电感感量量、阻阻抗抗和和品品质质因因数数发发生生变变化化。这这些些参参数数变变化化与与导导体体的的几几何何形形状状、电电导导率率、磁磁导导率率以以及及线线圈圈的的几几何何参参数数、电电源源的的频频率率、线线圈圈到到被被测测导体间的距离等有关。导体间的距离等有关。I1U1H1H2I2x3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 2.等效电路等效电路 把把空空心心线线圈圈(等等效效电电阻阻和和电电感感为为R1、L1)看看作作变变压压器器的的初初级级，涡涡流流回回路路(等等效效电电阻阻和和电电感感为为R2、L2)看看作作变变压压器器次次级级，互互感感M为为其其间间的的联系。根据基尔霍夫定律得联系。根据基尔霍夫定律得 3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器解得解得线圈受到金属导体中涡流的影响后，等效阻抗为线圈受到金属导体中涡流的影响后，等效阻抗为受到涡流影响后等效电阻和等效电感分别为受到涡流影响后等效电阻和等效电感分别为线圈的等效品质因数线圈的等效品质因数Qeq为为3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 在在Leq的的表表达达式式中中，第第二二项项与与涡涡流流效效应应有有关关，x越越小小，第第二二项项越越大大。第第一一项项L1与与磁磁效效应应有有关关。若若金金属属导导体体为为非非磁磁性性材材料料，L1就就是是空空心心线线圈圈的的电电感感，不不随随x改改变变，Leq随随x减减小小而而减减小小。若若金金属属导导体体为为磁磁性性材材料料，L1将将随随x减减小小而而增增大，最终使大，最终使Leq随随x减小而增大。减小而增大。3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 Req总总是是比比原原电电阻阻R1大大，这这是是因因为为涡涡流流损损耗耗、磁磁滞滞损损耗耗都都将将使使阻阻抗抗的的实实数数部部分分增增加加。显显然然，金金属属导导体体的的导导电性能和线圈与导体的距离将直接影响电性能和线圈与导体的距离将直接影响Req的大小。的大小。3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 可可见见，电电涡涡流流既既能能引引起起线线圈圈阻阻抗抗的的变变化化，也也能能引引起起线线圈圈电电感感和和Q值值的的变变化化。所所以以，电电涡涡流流传传感感器器转转换换电电路路的的作作用用就就在在于于将将Z、L、Q中中任任一一参参数数转转换换成电量，从而达到测量目的。成电量，从而达到测量目的。3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 3.结构形式结构形式 其其结结构构很很简简单单，主主要要是是一一个个安安置置在在框框架架上上的的线线圈圈，线线圈圈可可绕绕成成一一扁扁平平圆圆形形，粘粘贴贴于于框框架架之之上上，也也可可在在框框架架上上开开一一条条槽槽，导导线绕制在槽内形成线圈。线绕制在槽内形成线圈。1线线圈圈；2框框架架；3框框架架衬衬套套；4支座；支座；5电缆；电缆；6插头插头3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 4.测量电路测量电路 针针对对被被测测参参量量可可以以转转换换为为线线圈圈电电感感、阻阻抗抗或或Q值值的的三三种种参参数数的的变变化化，测测量量电电路路也也有有三三种种：谐谐振振电电路路、电电桥桥电电路路与与Q值值测测试试电电路路。这这里里只只介介绍绍谐谐振振电电路路，主主要有要有调频式调频式、调幅式调幅式两种。两种。3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 (1)调调频频式式电电路路 当当传传感感器器与与被被测测导导体体距距离离x改改变变时时，在在电电涡涡流流影影响响下下，传传感感器器的的电电感感变变化化，将将导导致致振振荡荡频频率率的的变变化化，振振荡荡频频率率可可由由频频率率计计直直接接测测量量，或或通通过过F-V变换，用电压表测量。变换，用电压表测量。3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 (2)调调幅幅式式电电路路 它它由由高高频频激激励励电电流流对对一一并并联联的的LC电电路路供供电电。L是是涡涡流流传传感感器器的的线线圈圈，由由于于LC并并联联电电路路的的阻阻抗抗在在谐谐振振时时达达到到最最大大，而而在在失失谐谐状状态态下下急急剧减小。故输出电压随着失谐的增大而迅速下降。剧减小。故输出电压随着失谐的增大而迅速下降。3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 当当在在发发射射线线圈圈L1上上加加音音频频电电压压U1时时，则则L1产产生生交交变变磁磁场场。无无金金属属板板时时，直直接接耦耦合合至至接接收收线线圈圈L2中中，在在L2中中产产生生感感应应电电压压E。放放入入金金属属板板后后，则则在在金金属属板板中中产产生生电电涡涡流流i，引引起起E的的下下降降。t越越大大，E就就越越小小。这这就就是是测测厚厚依依据据。透透射射式式涡涡流流厚厚度度传传感感器器检检测测范范围围可可达达1100 mm，分分辨辨率为率为0.1 mm，线性度为，线性度为 1%。EU1L1L2Mit3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 进进一一步步的的理理论论分分析析和和实实验验结结果果证证明明，E与与e-t/h成成正正比比，其其中中t为为被被测测材材料料厚厚度度，h为为涡涡流流渗渗透透深深度度。而而h又又与与(r r/f)1/2成成正正比比，其其中中r r为为被被测测材材料料的的电电阻阻率率，f为为交交变变电电磁磁场场的的频频率率。所所以以接接收收线线圈圈的的电电势势E随随被被测测体体厚厚度度t的的增增大而按负指数幂规律减少。大而按负指数幂规律减少。3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 例例3.3 利利用用电电涡涡流流法法测测板板材材厚厚度度，已已知知f、m mr、r r等等，被被测测板板厚厚为为(10.2)mm。要要求求：(1)计计算算采采用用高高频频反反射射法法测测量量时时的的h。(2)能能否否用用低低频频透透射射法法测测量量板板厚厚？若若可可以以应应采采取什么措施？画出检测示意图。取什么措施？画出检测示意图。解解 (1)涡流渗透深度为涡流渗透深度为3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 高高频频反反射射法法测测量量厚厚度度时时一一般般采采用用双双探探头头，两两探探头头之之间间距距离离D为为定定值值，被被测测板板从从线线圈圈间间通过，可以计算出板厚为通过，可以计算出板厚为tx1x212D3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 (2)若若用用低低频频透透射射法法测测量量板板厚厚，需需要要降降低低激激励励电电源源频频率率，使使电电涡涡流流渗渗透透深深度度h大大于于板板材材厚厚度度tmax1.2 mm，即应满足即应满足th。m mr和和r r为定值，则为定值，则3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 在在f5.1 kHz时时，采采用用低低频频透透射射法法测测量量板板厚厚，发发射射线线圈圈1在在励励磁磁电电压压e1作作用用下下产产生生磁磁力力线线，经经被被测测板板材材之之后后，到到达达接接收收线线圈圈2使使之之产产生生感感应应电电动动势势e2，它它是是板板厚厚t的的函函数数，只只要要线线圈圈之之间间的的距距离离D一一定定，测测得得e2的值即可算出板厚的值即可算出板厚t。t12fe1De23.3 电涡流式传感器电涡流式传感器3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器第第3章章 电感式传感器电感式传感器 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 3.4 压磁式传感器压磁式传感器 3.5 应用举例应用举例3.4 压磁式传感器压磁式传感器 压压磁磁式式传传感感器器又又称称磁磁弹弹性性式式传传感感器器，它它利利用用铁铁磁磁材材料料的的压压磁磁效效应应工工作作。这这种种传传感感器器具具有有输输出出功功率率大大、抗抗干干扰扰性性能能好好、过过载载能能力力强强、适适宜宜在在恶恶劣劣环环境境中中长长期期可可靠靠地地运运行行等等优优点点。但但测测量量精精度度一一般般(通通常常低低于于1%F.S.).)，频频率率响应较低响应较低(一般不高于一般不高于12 kHz)。3.4 压磁式传感器压磁式传感器3.4.1 压磁效应压磁效应3.4.2 压磁式传感器的结构与工作原理压磁式传感器的结构与工作原理3.4.3 测量电路测量电路3.4.1 压磁效应压磁效应 铁铁磁磁材材料料在在外外力力作作用用下下，引引起起内内部部变变形形产产生生应应力力，使使各各磁磁畴畴之之间间的的界界限限发发生生移移动动，使使磁磁畴畴磁磁化化强强度度矢矢量量转转动动，从从而而使使材材料料的的磁磁化化强强度度发发生生相相应应的的变变化。这种现象称为化。这种现象称为压磁效应压磁效应。铁铁磁磁材材料料在在推推力力作作用用下下，在在作作用用力力方方向向磁磁导导率率m m减减小小，而而在在与与作作用用力力垂垂直直方方向向m m略略有有增增大大；作作用用力是拉力时，效果相反。力是拉力时，效果相反。3.4.1 压磁效应压磁效应 作用力取消后，磁导率复原。作用力取消后，磁导率复原。铁铁磁磁材材料料的的压压磁磁效效应应还还与与外外磁磁场场有有关关。为为了了使使磁磁感感应应强强度度与与应应力力间间有有单单调调函函数数关关系系，必必须须使使外外磁磁场场强强度度的数值恒定。的数值恒定。3.4.1 压磁效应压磁效应铁磁材料的磁导率铁磁材料的磁导率m m与应力与应力s s之间有如下关系之间有如下关系3.4.1 压磁效应压磁效应 压压磁磁元元件件可可采采用用的的材材料料有有硅硅钢钢片片、坡坡莫莫合合金金和和一一些些铁铁氧氧体体。坡坡莫莫合合金金是是理理想想的的压压磁磁材材料料，它它具具有有很很高高的的相相对对灵灵敏敏度度，但但价价格格比比较较贵贵。铁铁氧氧体体也也有有很很高高的的相相对对灵灵敏敏度度，但但由由于于它它较较脆脆而而不不常常采采用用。硅硅钢钢片片虽虽然然灵灵敏敏度度比比坡坡莫莫合合金金低低一一些些，但但在在许许多多实实际际应应用用中中已已经经能能够满足要求。够满足要求。3.4 压磁式传感器压磁式传感器3.4.1 压磁效应压磁效应3.4.2 压磁式传感器的结构与工作原理压磁式传感器的结构与工作原理3.4.3 测量电路测量电路3.4.2 压磁式传感器的结构与工作原理压磁式传感器的结构与工作原理 1.结构结构 冷冷轧轧硅硅钢钢片片冲冲压压成成形形，经经热热处处理理后后叠叠成成一一定定厚厚度度，用用环环氧氧树树脂脂粘粘合合在在一一起起，然然后后在在两两对对互互相相垂垂直直的的孔孔中中分分别别绕绕入入激激励励线线圈圈和和输输出出线线圈圈，形形成成压压磁磁元元件件。与与弹弹性性支支架架、传传力力钢钢球球构构成成压压磁磁式式传传感器。感器。1压磁元件；压磁元件；2弹弹性支架；性支架；3传力钢球传力钢球3.4.2 压磁式传感器的结构与工作原理压磁式传感器的结构与工作原理 2.工作原理工作原理 如如左左图图所所示示，激激励励绕绕组组N12，输输出出绕绕组组N34。在在无无外外力力时时，合合成成磁磁场场强强度度H平平行行于于输输出出绕绕组组的的平平面面，在在N34中不产生感应电动势，如右图所示。中不产生感应电动势，如右图所示。3.4.2 压磁式传感器的结构与工作原理压磁式传感器的结构与工作原理 在在推推力力F作作用用下下，A、B区区域域的的磁磁导导率率下下降降，磁磁阻阻增增大大，而而C、D区区域域的的磁磁导导率率基基本本不不变变，于于是是合合成成磁磁场场H不不再再与与N34平平面面平平行行，一一部部分分磁磁力力线线与与N34交交链链而而产产生生感感应应电电动动势势e。F值值越越大大，与与N34交交链链的的磁通越多，磁通越多，e值就越大。值就越大。3.4 压磁式传感器压磁式传感器3.4.1 压磁效应压磁效应3.4.2 压磁式传感器的结构与工作原理压磁式传感器的结构与工作原理3.4.3 测量电路测量电路3.4.3 测量电路测量电路 交交流流电电经经T1降降压压供供给给激激励励绕绕组组，输输出出由由T2升升压压放放大大。滤滤波波器器Z1滤滤除除高高次次谐谐波波，整整流流后后用用滤滤波波器器Z2滤滤波波，最最后后直直流流输输出出。虚虚线线框框内内是是补补偿偿电电路路，用用来来补补偿偿零零位位电电压压，其其中中R1用来调幅值，用来调幅值，R2用来调相位。用来调相位。3.4 压磁式传感器压磁式传感器3.4.1 压磁效应压磁效应3.4.2 压磁式传感器的结构与工作原理压磁式传感器的结构与工作原理3.4.3 测量电路测量电路第第3章章 电感式传感器电感式传感器 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 3.4 压磁式传感器压磁式传感器 3.5 应用