1、第五章電感式傳感器思考題：1、 說明變氣隙型電感傳感器、差動變壓器式傳感器和渦流傳感器的主要組成、工作原理和基本特性。答：a) 變氣隙型電感傳感器主要由線圈、鐵心、銜鐵三部分組成的。線圈是套在鐵心上的，在鐵心與銜鐵之間有一個空氣隙，空氣隙厚度為。傳感器的運動部分與銜鐵相連。當外部作用力作用在傳感器的運動部分時，銜鐵將產生位移，使空氣隙發生變化，磁路磁阻Rm發生變化，從而引起線圈電感的變化。線圈電感L的變化與空氣隙的變化相對應，這樣只要測出線圈的電感就能判定空氣隙的大小，也就是銜鐵的位移。b) 差動變壓器式傳感器主要由鐵心、銜鐵和線圈組成。線圈又分為初級線圈（也稱激勵線圈）和次級線圈（也稱輸出線

2、圈）。上下兩個鐵心及初級、次級線圈是對稱的。銜鐵位于兩個鐵心中間。上下兩個初級線圈串聯后接交流激磁電壓1，兩個次級線圈按電勢反相串聯。它的優點是靈敏度高，一般用于測量幾微米至幾百微米的機械位移。缺點是示值范圍小，非線性嚴重。c) 渦流傳感器的結構很簡單，有一個扁平線圈固定在框架上構成。線圈用高強度漆包線或銀線繞制而成，用粘合劑站在框架端部，也可以在框架上開一條槽，將導線繞在槽內形成一個線圈。渦流傳感器的工作原理是渦流效應，當一塊金屬導體放置在一變化的磁場中，導體內就會產生感應電流，這種電流像水中漩渦那樣在導體內轉圈，所以稱之為電渦流或渦流。這種現象就稱為渦流效應。渦流傳感器最大的特點是可以實現

3、非接觸式測量，可以測量振動、位移、厚度、轉速、溫度和硬度等參數，還可以進行無損探傷，并且具有結構簡單、頻率響應寬、靈敏度高、測量線性范圍大、體積小等優點。2、 為什么螺管型電感傳感器比變氣隙型電感傳感器有更大的測位移范圍？答：變氣隙型靈敏度高，因為原始氣隙0一般取得很小（0.10.5mm），當氣隙變化為=1m時，電感的相對變化量L/L0可達0.010.002，因而它對處理電路的放大倍數要求低。它的主要缺點是非線性嚴重，為了減小非線性，量程就必須限制在較小范圍內，通常為氣隙0的1/5以下，同時，這種傳感器制造裝配困難。變面積型的靈敏度比便器習性的低，它的優點是具有良好對吧線性，量程較大，制造裝配

4、比較方便，應用較廣。螺管型的靈敏度比變面積型的還低，但量程大，線性較好，制造裝配方便，與變面積型相比，批量生產的互換性強，應用越來越多。3、 電感式傳感器的測量電路主要形式是什么？答：交流電橋是電感傳感器的主要變換電路。橋臂可以是電阻、容抗或感抗元件。當不接負載（或負載阻抗為無窮大）時，其輸出稱為開路輸出電壓，表達式為：當電橋平衡時，即Z1Z3=Z2Z4，電橋的輸出，當橋臂阻抗發生變化時，引起電橋不平衡，將不再為0，通過的變化，可以確定橋臂阻抗的變化。實際應用中，交流電橋常與差動式電感傳感器配用，傳感器的兩個電感線圈作為電橋的兩個工作臂，電橋的平衡臂可以是純電阻，也可以是變壓器的兩個次級線圈。

5、4、 與非差動型性比，差動型變磁阻式自感傳感器有什么優點？答：具有下列優點：a) 線性好；b) 靈敏度提高一倍，即銜鐵位移相同時，輸出信號大一倍；c) 溫度變化、電源波動、外界干擾等對傳感器精度的影響，由于能互相抵消而減小；d) 電磁吸力對測力變化的影響也由于能相互抵消而減小。5、 什么是差動變壓器的零點殘余電壓？如何消除？答：差動變壓器隨銜鐵的位移輸出一個調幅波，因而可以用反串電路作為轉換電路，即直接將兩個次級線圈反向串接，傳感器的空載輸出電壓等于兩個次級線圈感應電動勢之差。最常用的差動變壓器的轉換電路為差動整流電路。把兩個次級電壓分別整流后，以它們的差為輸出端，這樣，次級電壓的相位和殘余電

6、壓都不必考慮。6、 什么叫渦流效應？答：渦流傳感器的工作原理是渦流效應，當一塊金屬導體放置在一變化的磁場中，導體內就會產生感應電流，這種電流像水中漩渦那樣在導體內轉圈，所以稱之為電渦流或渦流。這種現象就稱為渦流效應。7、 壓磁式傳感器的工作原理是什么？答：壓磁式傳感器的工作原理是基于鐵磁材料的壓磁效應，它具有輸出功率大，抗干擾能力強，過載能力強、結構簡單等優點；但測量精度一般，頻率響應較低，常用于冶金、礦山、運輸等工業，用于測力和稱重。近年來，應用逐漸廣泛。8、 為什么說感應同步器是數字傳感器？答：感應同步器是利用兩個平面繞組的互感系數隨兩者的相對位置變化而變化，來測量線位移和角位移的傳感器，

7、可以分為直線感應同步器和圓感應同步器。9、 試比較差動電感傳感器幾種常用測量電路的特點。答：差動傳感器幾種常用的測量電路有：變氣隙型、變面積型和螺管型三種。變氣隙型傳感器的優點是靈敏度高，一般用于測量幾微米至幾百微米的機械位移。缺點是示值范圍小，非線性嚴重。變面積型傳感器通常可以測量到幾秒的微小角位移，輸出的線性范圍一般在±10°左右。螺管型與前面兩種相比，雖然靈敏度低，但是示值范圍大，自由行程可以自由安排，制造裝配也比較方便。10、 比較低頻透射式和高頻反射式渦流傳感器測厚度的原理有什么不同？答：低頻透射式渦流傳感器：為了較好的測量厚度，激勵頻率要選的較低，一般在500H

8、z。一般地說，測薄導體時，頻率略高些，測厚導體時頻率應低些。測較小的材料（如銅材）時，應選較低的頻率（500Hz），而測較大的材料（如黃銅、鋁）時，則選用較高的頻率（2kHz），從而保證在測不同材料時，得到較好的線性和靈敏度。高頻反射式渦流傳感器：傳感器和基準面的距離x是固定的，將被測物體放在基準面上以后，可測出渦流傳感器與被測物體之間的距離d，于是可以求出被測物體的厚度h=x-d。作業題：1、 當自感式傳感器結構和材料確定后，電感L為氣隙截面積S及空氣隙長度的函數。S固定，可構成變氣隙型傳感器。固定，可構成變面積型傳感器。2、 變氣隙型電感傳感器靈敏度高，非線性嚴重，量程較小。變面積型電感傳

9、感器的靈敏度比空氣隙型的低，線性性好，量程較大。螺管型電感傳感器的靈敏度比變面積型的還低，量程大，線性性較好。3、 差動電感傳感器的結構要求是：兩個磁導體的幾何尺寸完全相同，材料性能完全相同，兩個線圈的電氣參數和幾何尺寸也完全相同。4、 差動式的與單線圈的電感傳感器相比，具有線性好、靈敏度提高一倍和測量精度高的優點。5、 交流電橋的平衡條件是Z1Z3=Z2Z4。6、 零位誤差是指輸入為零時，輸出不為零。減小零位誤差的方法是減小電源中的諧波成分，還可以采用補償電路進行補償。7、 根據電磁場的理論，渦流的大小與導體的電阻率、導磁率、導體厚度t及線圈與導體之間的距離x、線圈的激磁頻率等參數有關。改變

10、線圈和導體之間的距離，可以做成測量位移、厚度、振動的傳感器；改變導體的電阻率，可以做成測量表面溫度、檢測材質的傳感器；改變導體的導磁率，可以做成測量應力、硬度的傳感器，同時改變x,和，可以對導體進行探傷。8、 低頻透射式渦流傳感器的測量原理是：當發射線圈和接收線圈之間放入金屬板后，引起接收線圈感應電勢E2的變化，金屬板的厚度越大，E2就越小。通常，測薄導體時，激勵頻率較高，測厚導體時激勵頻率應較低。測較小的材料時，應選較低的頻率，而測較大的材料（黃銅、鋁）時，則選用較高的頻率。9、 渦流傳感器最大的特點是可以實現非接觸式測量，應用非常廣泛，可以檢測位移和尺寸、厚度、 轉速、溫度和渦流探傷。10、 感應同步器的激磁方式有兩種：一種是以滑尺（或定子）激磁，由定尺（或轉子）取