模塊3電感式及電容式傳感器本模塊學習的主要內容：1、差動變壓器式傳感器2、電渦流式傳感器3、電容式傳感器單元1差動變壓器式傳感器電感式傳感器是利用線圈的自感、互感或阻抗的變化來實現非電量檢測的一種裝置。差動變壓器式傳感器是一種電感式傳感器，它是根據互感的變化來感知被檢測量的。

一、電感式傳感器簡述

自感式－把被測位移量轉換為線圈的自感變化電感式傳感器電渦流式－把被測位移量轉換為線圈的阻抗變化互感式－把被測位移量轉換為線圈間的互感變化差動變壓器傳感器產品TD－1油動機行程閥位位移傳感器交流差動變壓器式角位移傳感器

GA系列差動變壓器位移傳感器二、差動變壓器式傳感器的工作原理1．結構：可分間隙式和螺管式兩種

差動變壓器的結構示意圖圖中：1－一次繞組2、3－二次繞組4－銜鐵以螺管式為例2．工作原理

差動變壓器等效電路把鐵芯位移量轉換成初級線圈及次級線圈互感系數的變化，圖中M1、M2與位移x有關。當位移x很小時：Uo=k|x|

（無法判別位移方向）差動變壓器原理動畫演示差動變壓器輸出特性

1－理想特性2－實際特性

問題：①零點殘余電壓E0②超過一定范圍為非線性減小零殘電壓的方法：①提高對稱性；②減少電源諧波成分；③使銜鐵工作在磁化線性區(qū)；④線圈上并聯容阻移相網絡；⑤采用相敏檢波或差動整流電路產生零殘電壓的主要原因：①結構不對稱；②存在寄生參數；③電源有高次諧波；④磁路的磁化曲線非線性。三、差動變壓器式傳感器的基本特性1．靈敏度2．線性范圍線性范圍約為線圈骨架長度的1/10左右，只有中間部分線性較好。為了獲得高的靈敏度，盡量提高勵磁電壓，電源頻率以400Hz到10kHz為佳。靈敏度一般可達0.5~5V/mm，行程越小，靈敏度越高。四、差動變壓器式傳感器的測量轉換電路差動相敏檢波電路差動整流電路常用測量轉換電路全波電流輸出型電流輸出型電壓輸出型差動整流電路半波電流輸出型全波電壓輸出型半波電壓輸出型差動變壓器對測量轉換電路的要求為：①判別銜鐵位移方向及大小；②消除零點殘余電壓。以全波電流輸出型差動整流電路為例說明其工作原理：（1）鐵芯在中心位置時：（u21=u22）

Uac=Uda可調節(jié)R1=R2使ImA=I1－I2=0全波電流輸出型差動整流電路mAcabdR1R2●●●●●●●●●若u21≠u22

則Uac≠Uda

調節(jié)RP有R1≠R2

使ImA=I1－I2=0I1I2消除了零點殘余電壓（2）鐵芯上移（u21>u22）：

Uac>Uda

則ImA=I1－I2>0（3）鐵芯下移(u21<u22)：

Uac<Uda

則ImA=I1－I2<0

判別了位移方向和大小半波電流輸出型差動整流電路同理可得。半波電流輸出型差動整流電路結論：可消除零點殘余電壓，可判別了位移方向和大小。電壓輸出差動整流電路全波電壓輸出型差動整流電路及后續(xù)電路鋼板厚度的測量五、差動變壓器式傳感器的應用案例1.差動變壓器式壓力變送器1－接頭2－膜盒3－導線4－印刷線路板5－差分線圈6－銜鐵7－電源變壓器8－罩殼9－指示燈10－安裝座11－底座YST－1型差動壓力變送器結構示意圖YST－1型差動壓力變送器線路原理圖變壓整流濾波多諧振蕩器差動變壓器差動整流電路輸出顯示YST－1型差動壓力變送器線路原理框圖差動變壓器式壓力變送器的另外兩種結構圖（a）彈簧管式（b）波紋膜片式2.電感式位移檢測在滾珠直徑自動分選機的應用1-氣缸；2-活塞；3-推桿；4-被測滾珠；5-落料管；6-電感測微儀；7-鎢鋼側頭；8-限位擋板；9-電磁翻板；10-滾珠的公差分布；11-落料箱；12氣源處理三聯件（1）軸承滾珠直徑自動分選的要求

①滾柱的標稱直徑為10.000mm，允許公差范圍為±3μm，超出公差范圍均予以剔除。②在公差范圍內，滾柱的直徑從9.997～10.003mm，分為A～G共7個等級，分別落入對應的7個料箱中。③滾柱的分選速度為60個／min，分選結果在LCD屏上顯示。（2）軸承滾珠直徑自動分選的基本工作原理

①滾柱的推動與定位②氣缸的控制③軸承滾珠直徑自動檢測④落料箱翻板的控制單元2電渦流式傳感器電渦流式傳感器的特點：可以實現非接觸測量；靈敏度高、抗干擾能力強；頻率響應寬、體積小等。

——電渦流在我們日常生活中應用干凈、高效的電磁爐電渦流探雷器一、基本工作原理

電渦流線圈與金屬板的距離x減小↓電渦流線圈的等效電感L

減小、等效電阻R

增大XL的變化比R的變化大得多流過電渦流線圈的電流i1

增大。↓↓電渦流效應動畫演示等效電路圖原理示意圖電渦流傳感器原理示意圖及等效電路圖

i→Φi→ie

→Φe→原線圈L變化當傳感器與被測導體靠近時，傳感器的等效阻抗Z將發(fā)生變化，可表示為：可用函數式表示如下：電磁爐內部的勵磁線圈電磁爐的工作原理圖二、結構與測量轉換電路

電渦流探頭外形交變磁場1．電渦流式傳感器的結構電渦流探頭內部結構

1－線圈2－線圈管架3－殼體

4－輸出電纜5－接插件6－瓷罩

CZF－1系列傳感器的性能分析上表請得出結論：探頭的直徑與測量范圍及分辨力之間有何關系？型號線性范圍/μm線圈外徑/mm分辨力/μm線性誤差(％)使用溫度/℃CZF1-10001000Ф71<3-15~+80CZF1-30003000Ф153<3-15~+80CZF1-50005000Ф285<3-15~+80調頻式轉換電路原理框圖2．測量轉換電路并聯諧振回路的諧振頻率設電渦流線圈的電感量L=0.8mH，微調電容C0=200pF，求振蕩器的頻率f

。

調頻法的特點是受溫度、電源電壓等外界因素的影響較小。（1）應用場合定量測量：金屬材料的厚度、尺寸、形狀、電導率、磁導率、表面因素、距離等。定性測量：開關、報警等。

三、電渦流式傳感器的應用

1．位移測量（2）幾種實例4~20mA電渦流位移傳感器外形圖（3）傳感器外形V系列電渦流位移傳感器外形圖V系列電渦流位移傳感器性能一覽表

（摘自洞頭開關廠資料）

（4）四線制電渦流位移傳感器的接線說明2、振幅測量偏心和振動檢測汽輪機葉片測試3．轉速測量轉速測量類型1－傳感器2－被測體轉速n（單位為r/min）的計算公式為電渦流傳感器轉速測量動畫演示齒輪轉速測量示意圖【例】下圖中，設齒數z=48，測得頻率f=120Hz，求該齒輪的轉速n

。用于ABS系統的速度傳感器車輪轉速傳感器剖視圖1-電纜；2-永磁體；3-外殼；4-感應線圈；5-極軸；6-齒圈4．電渦流探傷手持式裂紋測量儀油管探傷用掌上型電渦流探傷儀檢測飛機裂紋電渦流傳感器探傷檢測動畫演示5．厚度測量測量前，可先用電渦流測厚儀對標準厚度的鍍層和銅箔作出“厚度－輸出”電壓的標定曲線，以便測量時對照。電渦流涂層厚度儀電渦流傳感器測量厚度動畫演示

該測厚儀與前面鍍層測厚有何區(qū)別？

6．其它應用電渦流傳感器計數動畫演示電渦流傳感器軸心軌跡測量動畫演示單元3電容式傳感器電容傳感器液位計一、基本工作原理及結構形式電容傳感器的理想公式為

d——極板間距離；

A——極板面積；ε——電容極板間介質的介電常數。改變d、A、

三個參量中的任意一個量，均可使平板電容的電容量C

改變。固定三個參量中的兩個，可以做成三種類型的電容傳感器。電容傳感器聲波測量動畫演示幾種不同電容式傳感器的原理結構圖

（其中如b、d、f為差動電容傳感器）1．變極距式電容傳感器變極距式電容傳感器原理動畫演示變極距式電容傳感器結構及特性曲線

（a）結構示意圖1－定極板2－動極板（b）電容量與極板距離的關系2．變面積式電容傳感器變面積式電容傳感器的輸出特性是線性的，靈敏度是常數。這一類傳感器多用于檢測直線位移、角位移、尺寸等參量。xθa))/1()/1(00pqpqee-=-==CdSCdSCx3．變介電常數式電容傳感器變介電常數電容式傳感器原理動畫演示經推導可知變介電常數式電容傳感器其電容與位移或液體高度成線性關系，可由以下表達式表示：其中A、B均為與結構和介質有關的常數三種電容式傳感器比較表類型變間隙變面積變介電常數應用場合線位移角位移或較大線位移物位、濕度、密度是否線性非線性關系。靈敏度也不是常數。線性關系

線性關系

1．變壓器電橋電路二、測量轉換電路缺點：由于電路輸出為交流電，應進行相敏檢波后，才能辨別位移方向。對于變間隙式差分電容傳感器經分析推導可得：

優(yōu)點：把變間隙式電容傳感器的位移與電容的非線性關系

轉化為位移與輸出電壓的線性關系。可得：2．調頻電路CC調頻振蕩器的振蕩頻率電容傳感器調頻電路方框圖3．脈沖寬度調制電路經分析推導得：脈沖調寬電路具有以下五方面的特點：①消除了非線性；②不需要相敏檢波即能獲得較大的直流輸出；③電路只采用直流電源，不需要頻率發(fā)生器；④頻率對輸出無影響；⑤對輸出矩形波純度要求不高。公式與變壓器電橋形式相同，但變壓器電橋輸出的是交流電，而脈沖調寬電路輸出的是直流電。1．壓力測量電容式壓力傳感器結構圖三、電容式傳感器的應用高壓側進氣口低壓側進氣口電子線路位置內部不銹鋼膜片的位置電容式差壓變送器外形圖電容式差壓變送器內部結構圖

1－高壓側進氣口

2－低壓側進氣口

3－過濾片

4－空腔

5－柔性不銹鋼波紋隔離膜片

6－導壓硅油

7－凹形玻璃圓片

8－鍍金凹形電極

9－彈性平膜片

10－

腔各種電容式差壓

變送器外形圖利用電容差壓變送器測量液體的液位差壓變送器施加在高壓側腔體內的壓力與液位成正比：p=

gh投入式電容水位計外形圖家用電器壓力檢測示意圖2．加速度測量電容傳感器加速度測量動畫演示電容式加速度傳感器1－絕緣體2－固體電極3－質量塊（動電極）4－彈簧片硅微加工加速度傳感器結構圖

1-加速度測試單元；2-信號處理電路；3-襯底；

4-底層多晶硅（下電極）；5-多晶硅懸臂梁；6-頂層多晶硅（上電極）

硅微加工電容加速度傳感器實物圖微加工三軸加速度傳感器技術指標：靈敏度：500mV/g

量程：10g

頻率范圍：0.5-2000Hz安裝諧振點:8kHz

分辨力：0.00004g

重量：200g

安裝螺紋：M5mm

線性誤差：≤1%加速度傳感器在汽車中的應用裝有傳感器的假人氣囊汽車氣囊的保護作用使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時，經控制系統使氣囊迅速充氣。利用加速度傳感器實現延時起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置電容料位測量示意圖1－極棒2－容器壁3．料位和液位測量AM90系列電容物位儀

聚四氟乙烯外套液位計設定按鈕電容式油量表原理圖

4．轉速測量電容傳感器轉速測量動畫演示5．1151電容式智能壓力變送器1151電容式智能壓力變送器外形圖（1）主要技術性能（2）壓力（差壓）變送器的耐腐蝕和防爆①耐腐蝕：供用戶選擇的不同接觸介質的材料，以滿足用戶需要。②防爆：選擇隔爆型（GB3836.2-83），其防爆等級為dⅡBT4和本安型（GB3836.4-83），其防爆等級為iaⅡCT6兩種來滿足用戶要求。①測量范圍：0～0.12kPa，0～41.37kPa；量程比為l：15（智能型），l：6（普通型）；②測量精度：±0.1％（