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部分习题参考答案

第5章 电感式传感器

5.1 何谓电感式传感器？电感式传感器分为哪几类？ 答：

电感式传感器是一种机-电转换装置，电感式传感器是利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的一种装置，传感器利用电磁感应定律将被测非电量转换为电感或互感的变化。它可以用来测量位移、振动、压力、应变、流量、密度等参数。

电感式传感器种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器。

5.2 提高电感式传感器线性度有哪些有效的方法。

答：电感传感器采用差动形式，转换电路采用相敏检波电路可有效改善线性度。 5.3 说明单线圈和差动变间隙式电感传感器的结构、工作原理和基本特性。 答：参看教材和授课用PPT

5.4 说明产生差动电感式传感器零位残余电压的原因及减小此电压的有效措施。 答：差动变压器式传感器的铁芯处于中间位置时，在零点附近总有一个最小的输出电压?U0，将铁芯处于中间位置时，最小不为零的电压称为零点残余电压。产生零点残余电压的主要原因是由于两个次级线圈绕组电气系数（互感 M 、电感L、内阻R）不完全相同，几何尺寸也不完全相同，工艺上很难保证完全一致。

为减小零点残余电压的影响，除工业上采取措施外，一般要用电路进行补偿：①串联电阻；②并联电阻、电容，消除基波分量的相位差异，减小谐波分量；③加反馈支路，初、次级间加入反馈，减小谐波分量；④相敏检波电路对零点残余误差有很好的抑制作用。

5.5 为什么螺线管式电传感器比变间隙式电传感器有更大的测位移范围？ 答：螺线管式差动变压器传感器利用互感原理，结构是：塑料骨架中间绕一个初

级线圈，两次级线圈分别在初级线圈两边，铁心在骨架中间可上下移动，根据传感器尺寸大小它可测量1~100mm范围内的机械位移。变间隙式电感传感器是利用自感原理，衔铁的与铁芯之间位移（气隙）与磁阻的关系为非线性关系，可动线性范围很小，因此测量范围受到限制。 5.6 电感式传感器测量电路的主要任务是什么？

答：主要是将电感值的变化转变为容易测量的电参数，例如电压、电流、电信号

的频率等。

5.7 概述变间隙式差动变压器的结构、工作原理和输出特性，试比较单线圈和差

动螺线管式电传感器的基本特性，说明它们的性能指标有何异同？ 答：参照教材和授课PPT。

5.8 差动变压器式传感器的测量电路有几种类型？试述差动整流电路的组成和

基本原理。

答：全波电流输出、半波电流输出、全波电压输出、半波电压输出、相敏整流电

压输出。

5.10 什么叫电涡流效应？说明电涡流式传感器的基本结构与工作原理。电涡流

式传感器的基本特性有哪些？它是基于何种模型得到的？

答：（1）块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流，这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应。

（2）形成涡流必须具备两个条件：第一存在交变磁场；第二导电体处于交变磁场中。电涡流式传感器通电后线圈周围产生交变磁场，金属导体置于线圈附近。当金属导体靠近交变磁场中时，导体内部就会产生涡流，这个涡流同样产生交变磁场。由于磁场的反作用使线圈的等效电感和等效阻抗发生变化，使流过线圈的电流大小、相位都发生变化。通过检测与阻抗有关的参数进行非电量检测。

（3）因为金属存在趋肤效应，电涡流只存在于金属导体的表面薄层内，实际上涡流的分布是不均匀的。涡流区内各处的涡流密度不同，存在径向分布和轴向分布。所以电涡流传感器的检测范围与传感器的尺寸（线圈直径）有关。

（4）等效回路方程的建立是把金属上涡流所在范围近似看成一个单匝短路线圈作为等效模型。

5.11 电涡流式传感器可以进行哪些物理量的检测？能否可以测量非金属物体，

为什么？

答：（1）凡是能引起R2、L2、M变化的物理量，均可以引起传感器线圈R1、L1 的变化，可以进行非电量检测；如被测体（金属）的电阻率?，导磁率?，厚度d，线圈与被测体之间的距离x，激励线圈的角频率?等都可通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗Z发生关系，使R1、L1变化；若控制某些参数不变，只改变其中一个参数，便可使阻抗Z成为这个参数的单值函数。

（2）电涡流传感器不可以直接测量非金属物体，这是由于传感器本身特性决定的。