1、A7AZ第4章電感式傳感器1、說明電感式傳感器有哪些特點。2、分析比較變磁阻式自感傳感器、差動變壓器式互感傳感器的工作原理和靈敏度。3、試分析差動變壓器相敏檢測電路的工作原理。答相敏檢測電路原理是通過鑒別相位來辨別位移的方向，即差分變壓器輸出的調幅波經相敏檢波后，便能輸出既反映位移大小，又反映位移極性的測量信號。經過相敏檢波電路.正位移輸岀正電壓，負位移輸出負電壓，電壓值的大小表明位移的大小，電壓的正負表明位移的方向“4、分析電感傳感器出現非線性的原因，并說明如何改善答：原因是改變了空氣隙長度改善方法是讓初始空氣隙距離盡量小，同時靈敏度的非線性也將增加，這樣的話最好使用差動式傳感器，06ei-

2、.2-Q.$-0.4線圈1一線圈2螺管式線圈插棒式鐵芯其靈敏度增加非線性減少。5、某差動螺管式電感傳感器的結構參數為單個線圈匝數W=800匝，/=10mm,/c=6mm,r=5mm,rc=1mm,設實際應用中鐵芯的相對磁導率人=3000,試求：在平衡狀態下單個線圈的電感量L0=及其電感靈敏度足Kl=若將其接人變壓器電橋，電源頻率為1000Hz,電壓E=,設電感線圈有效電阻可忽略,求該傳感器靈敏度K。(3)若要控制理論線性度在1以內,最大量程為多少圖3-15差動螺管式電感傳感器1)根椐螺管式電感傳感器電感量計算公式，得口兀W2()L=oIr2+ylr2丿0l2rcc=4兀x/0J8002(10x

3、52x10_9+3000X6x12x10Jx10-3b=0.46(H)差動工作靈敏度：卩兀W20x1x10-6x300024兀x丿0-7x兀8002(0x10-3b=151.6H/m=151.6mH/mm(2)當f=1000Hz時，單線圈的感抗為XL=wL0=2nfL0=2nx1000x=2890(Q)顯然XL線圈電阻R°,則輸出電壓為U=空里o2L0測量電路的電壓靈敏度為UE1.8VK=7=1.96V/H=1.96mV/mHuAL2L2x0.46H0而線圈差動時的電感靈敏度為Kl=mm，則該螺管式電感傳感器及其測量電路的總靈敏度為K=K-K=151.6mH/mmx1.96mV/mH

4、Lu=mm6、有一只差動電感位移傳感器，已知電源電U=4V,f=400Hz，傳感器線圈銅電阻與電感量分別為R=40Q,L=30mH，用兩只匹配電阻設計成四臂等阻抗電橋，如習題圖3-16所示，試求：(1)匹配電阻R3和R4的值；(2)當厶Z=10時，分別接成單臂和差動電橋后的輸出電壓值；(3)用相量圖表明輸出電壓與輸入電壓Usr之間的相位差。解：(1)線圈感抗XL=L=2fL=240030103=()線圈的阻抗Z=、.：R2+X2=：402+75.42=85.4©)耳L故其電橋的匹配電阻(見習題圖3-16)R3=R4=z=()(2)當AZ=10時，電橋的輸出電壓分別為習題圖3-16單臂

5、工作：雙臂差動工作UscUsc=UTAZ=4x磐=0.117(V)UAZsr2Z申=tan-1=tan-1竺=27.9。3)®L75.47、如圖3-17(見教材，附下)所示氣隙型電感傳感器，銜鐵截面積S=4x4mm2，氣隙總長度6=0.8mm,銜鐵最大位移6=±0.08mm,激勵線圈匝數W=2500匝，導線直徑d=0.06mm,電阻率p=X10-60.cm,當激勵電源頻率f=4000Hz時，忽略漏磁及鐵損，求：線圈電感值；(2)電感的最大變化量；線圈的直流電阻值；(4) 線圈的品質因數；(5) 當線圈存在200pF分布電容與之并聯后其等效電感值。解：(1)線圈電感值圖3-1

6、7氣隙型電感式傳感器(變隙式)4兀x10-7x25002x4x4x10-60.8xIO3=1.57x101H=157mH(2)銜鐵位移A6=+0.08mm時，其電感值卩0w2s_4兀x10-7x25002x4x4x1068+A5x2(0.8+2x0.08)x10-3=X10-i(H)=131mH銜鐵位移A6=-0.08mm時，其電感值L卩W2S4kx10-7x25002x4x4x10-6-8-A8x2(0.8-2x0.08)x10-3=X10-1(H)=196(mH)故位移AS=±0.08mm時，電感的最大變化量為AL=L-L=196-131=65(mH)(3)線圈的直流電阻=4x4

7、+設1CP0.06)mm為每匝線圈的平均長度，則lW-1R-p-pcpsKd242500x4x4+=1.75x10-60.06丿x101冷兒06x10-1)壬249.6©)(4)線圈的品質因數®L2fLQ=R=R=24960當存在分布電容200PF時，其等效電感值L-L一/L、p1-2LC1+(2Kf)2LC2兀x4000x1.57x10-115.8-1.57x10-1_1-(2kx4000)2x1.57x10-1x200x10-12-1.60x10-1(H)-160mH8、如圖3-15所示差動螺管式電感傳感器，其結構參數如下：l=160mm，r=4mm，r=2.5mm，l

8、=96mm,導線直徑d=0.25mm,電阻率p=X10-6Qcm，線圈匝數W=W=3000cc12匝，鐵芯相對磁導率人=30,激勵電源頻率f=3000Hz。要求：(1)畫出螺管內軸向磁場強度Hx分布圖，根據曲線估計當厶H<(IN/I)時，鐵芯移動工作范圍有多大(2) 估算單個線圈的電感值1=直流電阻只=品質因數Q=(3) 當鐵芯移動±5mm時，線圈的電感的變化量AL=(4) 當采用交流電橋檢測時，其橋路電源電壓有效值E=6V,要求設計電路具有最大輸出電壓值，畫出相應橋路原理圖，并求輸出電壓值。解：(1)略(2)單位線圈電感值lcr22c4兀x10一7x兀x3000（16010_

9、3）2x10°丿=5.70x102（H）=57.0（mH）2-I蘭0x10-3x42x10-6I2+30x96x10-32x2.52x10-6丿電阻值R=pI=p譽S兀d2/4=1.75x10-63000x2兀x4x10-1兀x0.252x10-2/4Clcp=2r，每匝導線長度)=26.9（0）c®L2f2kx3000x5.70x10-2Q=39.9則品質因數RR2690鐵芯位移Alc=±5mm時，單個線圈電感的變化*kW2AL=-f*r2AlV/2力rccx10-3x兀x理002x30xC.5x10JxC5x10-3）=±5.2x10-3（H）=&#

10、177;5.2mH2要使電橋輸出最大，須使電橋為等臂電橋，則相鄰橋臂阻抗比值a=1；且將電感線圈L和平衡電阻R放置在橋路輸出的兩側，則=±(n/2),這時電橋的靈敏度|K|=，差動工作時為其2倍，故其輸出電壓Uo=2xKALE=2x0.5x52x6oL57=(V)=544mV其電橋電路如下圖所示，其中Z、Z2為差動螺管式電感傳感器、R、R2為電橋平衡電阻。(圖略)一、填空題：1、根據參數的變換，電感式傳感器按原理可分為、式和。2、對于變隙式電感傳感器，電感L與氣隙厚度6成比，6小，靈敏度就。為了保證一定的線性度，變隙式電感傳感器只能用于位移的測量。3、變截面式電感傳感器理的電感量L與

11、氣隙截面積A是（線性/非線性）關系。，靈敏度為。4、單線圈電感傳感器與差動式電感傳感器的特性比較可以看出，差動式電感傳感器的線性較，靈敏度較。5、差動電感和變壓器線性范圍約為線圈骨架長度的左右。二、選擇題1、適當提高勵磁電壓，能提高靈敏度。以為宜。電源頻率以為宜。A.220V（發熱）B.1V（勵磁電流太小）C.10VD.10mVA.4kHzB.50Hz（工頻）C.直流電D.100Hz（磁滯損耗）。2、欲測量極微小的位移，應選擇自感傳感器。希望線性好、靈敏度高、量程為1mm左右、分辨力為1mm左右，應選擇自感傳感器為宜。A.變隙式B.變面積式C.螺線管式3、希望線性范圍為±1mm，應選

12、擇線圈骨架長度為左右的螺線管式自感傳感器或差動變壓器。A.2mmB.20mmC.400mmD.1mm4、螺線管式自感傳感器采用差動結構是為了。A.加長線圈的長度從而增加線性范圍B.提高靈敏度，減小溫漂C.降低成本D.增加線圈對銜鐵的吸引力5、自感傳感器或差動變壓器采用相敏檢波電路最重要的目的是為了。A.提高靈敏度B.將輸出的交流信號轉換成直流信號C.使檢波后的直流電壓能反映檢波前交流信號的相位和幅度6、某車間用電感測微儀的裝置來測量直徑范圍為10mm±1mm軸的直徑誤差，應選擇線性范圍為的電感傳感器為宜（當軸的直徑為10mm±0.0mm時，預先調整電感傳感器的安裝高度，使銜

13、鐵正好處于電感傳感器中間位置）。A.10mmB.3mmC.1mmD.12mm7、希望遠距離傳送信號，應選用具有輸出的標準變送器。A.02V5V10mA20mA三、問答題：1、某些傳感器在工作時采用差動結構，這種結構相對于基本結構有什么優點2、試分析差動變壓器式電感傳感器的相敏整流測量電路的工作過程。帶相敏整流的電橋電路具有哪些優點3、差動變壓器式傳感器的零點殘余電壓產生的原因是什么怎樣減小和消除它的影響四、分析與計算題1、差動變壓器式壓力傳感器，其壓力與膜盒撓度的關系、差動變壓器銜鐵的位移與輸出電壓的關系如下圖所示。求：1）當輸出電壓為50mV時，壓力p為多少千帕2）在圖a、b上分別標出線性區

14、，綜合判斷整個壓力傳感器的壓力測量范圍是（線性誤差小于）。A.05060V5570差動變壓器式壓力變送器特性曲線2、有一臺兩線制壓力變送器，量程范圍為OTMPa，對應的輸出電流為420mA。求：1）壓力p與輸出電流I的關系表達式（輸入/輸出方程）。當p為OMPa和時變送器的輸出電流。2）如果希望在信號傳輸終端將電流信號轉換為15V電壓，求負載電阻RL的阻值。3）請將圖中的各元器件及儀表正確地連接起來。第三章電感傳感器一、填空題：1、變隙式變面積式變介電常數式2、反比高微小3、線性N2u/2d04、好大5、1/10二、選擇題1、CA2、AC3、B4、B5、C6、B7、D三、問答題：1、差動形式誤

15、差小、線性范圍寬、靈敏度大2、優點：可以消除零點殘余電壓輸出；線性范圍大；可以判斷銜鐵移動的方向。3、銜鐵處于零點附近存在的微小誤差電壓稱為零點殘余電壓。它一方面限制了系統的分辨力，另一方面造成非線性。消除的方法：提高框架和線圈的對稱性；盡量采用正弦波作為激勵源；正確選擇磁路材料，適當減小線圈的勵磁電流，使銜鐵工作在磁化曲線的線性區；在線圈上并聯阻容移向網絡，補償相位誤差；采用相敏檢波電路。三、分析與計算題1、1）50KPa2）-6060mV2、電渦流傳感器習題一、選擇題1、電渦流接近開關可以利用電渦流原理檢測出的靠近程度。A.人體B.水C.黑色金屬零件D.塑料零件2、電渦流探頭的外殼用制作較為恰當。A.不銹鋼B.塑料C.黃銅D.玻璃3、當電渦流線圈靠近非磁性導體（銅）板材后，線圈的等效電感L，調頻轉換電路的輸出頻率/。A.不變B.增大C.減小4、欲探測埋藏在地下的金銀財寶，應選擇直徑為左右的電渦流探頭。A.0.1mmB.5mmC.50mmD.500mm二、填空題：1、欲測量鍍層厚度，電渦流線圈的激勵源頻率約為。2、用于測量小位移的螺線管式自感傳感器以及差動變壓器線圈的激勵源頻率通常約為3、欲測量油管表面和細小裂紋，應選擇直徑為左右的探頭。三、問答題用一電渦流式測振儀測量某機器主軸的軸向竄動，已知傳感器的靈