传感器补充习题2

答案电感传感器的敏感元件是什么？其转换原理是什么？电感传感器的敏感元件是电感线圈，其转换原理基于电磁感应原理。它把被测量的变化转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化从而达到被测量到电参量的转化。当一个简单的单线圈作为敏感元件时，机械位移输入会改变线圈产生的磁路的磁阻，从而改变自感装置的电感。磁路的磁阻变化可以通过空气间隙的变化来获得。也可以通过改变铁芯材料的数量或类型来获得。

采用两个线圈的互感装置，当一个激励源线圈的磁通量被耦合到另一个传感线圈上，就可以从这个传感线圈得到输出信号。输入信息是衔铁位移的函数，它改变线圈间的耦合。耦合可以通过改变线圈和衔铁之间的相位位置而改变。这种相对位置的改变可以使线位移，也可以是转动的角位移。

按照转换方式的不同可以将电感传感器分为自感型（包括可变磁阻式与高频反射式）与互感性（差动变压器式与低频透射式）答案试分析下图所示可变磁阻式电感传感器工作原理。(1)是间隙变化型电感传感器。W、μ、A是固定不变的，δ则由被测的物理量的变化引起变化△δ，传感器输出电感变化量△L，实现被检参数到电感变化的转换。此类传感器多用于微小位移的测量。(2)是面积变化型电感传感器。W、μ、δ是固定不变的。磁路截面积由A变为A+△A，使传感器的电感由L变为L+

△L，输出△L，实现被测参数到电参量——电感变化量△L的转换。此类传感器自由行程限制小，示值范围较大，可将衔铁做成转动式测量角位移。

第4章

例题：

试分析右图所示可变磁阻式电感传感器工作原理。

变气隙型差动变压器式电感传感器结构，试说明其工作原理。答案

试分析右图所示可变磁阻式电感传感器工作原理。

(3)所示为螺管式电感传感器。在螺线管中插入一个可移动的铁芯，铁芯在线圈中伸入长度△l引起螺线管电感变化△L。此类传感器的灵敏度较低，但螺管可以做得较长，故适于测量较大的位移量（数毫米）。答案

变气隙型差动变压器式电感传感器结构，试说明其工作原理。当衔铁位于气隙的中间位置时，δ1=δ2，两线圈的电感值相等，L1=L2=L，，△L=L1-L2=0；当衔铁偏离中间位置时，一个线圈的电感值增加△L，L1=L+△L。另一个线圈的电感值减少△L，L2=L-

△L，电感变化量为：L1-L2=(L+△L

)-(L-△L)=

2△L显然，差动变压器式传感器比单边式传感器的灵敏度高1倍。第4章

知识要点：

涡流效应；

电涡流式传感器原理；

电涡流式电感传感器的应用。电涡流式传感器原理图a）传感器激励线圈；b）被测金属导体第4章

例题：

下图是测量转速的电涡流示意图，试说明其工作过程。已知变气隙厚度电感传感器的铁心截面积S=1.5cm2，磁路长度L=20cm，相对磁导率μr=5000，气隙δ0=0.5cm，△δ=±0.1mm，真空磁导率μ0=4π×10-7H/m，线圈匝数W=3000，求单线圈式传感器的灵敏度△L/△

δ。若将其做成差动结构，灵敏度将如何变化？答案下图是测量转速的电涡流示意图，试说明其工作过程。

在旋转体上开一个或数个槽或齿，将涡流传感器安装在旁边，当转轴转动时，涡流传感器周期性地改变着与转轴之间的距离，于是它的输出也周期性发生变化，即输出周期性的脉冲信号，脉冲频率与转速之间有如下关系：

槽数或齿轮越多，测量精度越高。对上式进行线性处理,即忽略高次项得衔铁上移：两个线圈的电感变化量ΔL1、ΔL2分别由式（4-10）及式（4-12）表示，差动传感器电感的总变化量ΔL=ΔL1+ΔL2，具体表达式为：灵敏度K0为：比较单线圈式和差动式：差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。差动式的非线性项(忽略高次项)：单线圈的非线性项（忽略高次项)：由于，因此差动式的线性度得到明显改善。差动变隙式电感传感器单线圈式灵敏度为：答案已知变气隙厚度电感传感器的铁心截面积S=1.5cm2，磁路长度L=20cm，相对磁导率μr=5000，气隙δ0=0.5cm，△δ=±0.1mm，真空磁导率μ0=4π×10-7H/m，线圈匝数W=3000，求单线圈式传感器的灵敏度△L/△

δ。若将其做成差动结构，灵敏度将如何变化？灵敏度K0为：单线圈式灵敏度为：解：单线圈式灵敏度为：差动结构灵敏度为：第5章知识要点电容传感器的变换原理；变极距式电容传感器图5-1平板电容器的结构△d图5-6电容量与极板间距的非线性关系第5章变面积式电容传感器；变介电常数式电容传感器；应用图5-2线性移变面积型电容式传感器原理图

图5-5电容式传感器液位测量原理图第5章例题：压差传感器结构如下图所示，传感器接入二极管双T型电路。已知电源电压UE=10V，频率f=1MHz，R1=R2=40kΩ，压差电容C1=C2=10pF，RL=20kΩ。试分析，当压力传感器有压差PH＞PL使电容变化ΔC=1pF时，一个周期内负载电阻上产生的输出电压URL平均值的大小与方向。

5.2.4二极管双T型交流电桥当传感器没有输入时，C1＝C2一个周期内流过负载的平均电流为0。当传感器有输入时，C1≠C2图5-12二极管双T型交流电桥a)双T型电桥连接b)方波电源c)正半周d)负半周5.2.4二极管双T型交流电桥

电路简单，不需附加相敏整流电路；

直接得到较高的直流输出电压；

输出信号的上升时间取决于负载电阻；

可用来测量高速机械运动。答案解：当时，；由于，电压UE的负半周占优势，故的方向下正上负。电源电压UE=10V，频率f=1MHz，R1=R2=40kΩ，压差电容C1=C2=10pF，RL=20kΩ。？当压力传感器有压差PH＞PL使电容变化ΔC=1pF时，一个周期内负载电阻上产生的输出电压URL平均值的大小与方向。第5章例题：已知：圆盘形电容极板直径，间距，在电极间置一块厚的云母片（），空气（）。求：无云母片及有云母片两种情况下电容值及是多少？当间距变化时，电容相对变化量及是多少？

差动式变极距型电容传感器，若初始容量，初始距离

，当动极板相对于定极板位移了时，试计算其非线性误差。若改为单极平板电容，初始值不变，其非线性误差有多大？

击穿问题图5-7放置云母片的电容式传感器结构图5-6电容量与极板间距的非线性关系

一般极板间距在25～200um范围内，而最大位移应小于间距的十分之一，因此这种电容式传感器主要用于微位移测量。答案已知：圆盘形电容极板直径，间距，在电极间置一块厚的云母片（），空气（）。求：无云母片及有云母片两种情况下电容值及是多少？解：1）

5.1.2变极距型电容式传感器

电容增量与距离增量