工字电感在电路中起到的作用是跟插件电感的作用是有区别的，工字电感使用的额定电流会比一般的插件电感要大，因为工字电感的线径也比较粗，在实际电路中电感的具有抗干扰的作用，工字电感的频率特性具有一定的工作范围，工字电感对比其他的插件电感具有一定的优势，因为体积小、高Q值、低损耗、是电路中的一个重要组成部分，在电路中占用的空间也相对的比较小，更适合安装和便于电路中的使用，而且电感量的范围比较广，可根据客户要求的感量生产。

  电路中对电感的要求多比较严格，因为电感对电路板起到的作用比较大，工字电感的套管一般是用PVC或者是UL的套管，一般常用的是小型的立式电感高Q值,安装空间小;用PVC或高温阻燃UL套管保护;特殊出脚设计,不易产生开路断路现象;工字电感用于电源交直流变换滤波,开关电源滤波。

工字电感的结构组成

工字电感线圈一般由磁心或铁心、骨架、绕线组、屏蔽罩、封装材料等组成:

1．工字电感的骨架是由铜芯线圈的绕线支架的。工字电感是电子电路或装置的属性之一，指的是：当电流改变时，因电磁感应而产生抵抗电流改变的电动势一些体积较大的固定式电感器或可调式电感器（如振荡线圈、阻流圈等），常用的工字电感被视为轴向电感的立式版，应用方便与轴向电感类似，但是常用工字电感可以拥有更大的体积的电感类型，电流自然也能得到一定的应用提升；大多数是将漆包线（或纱包线）直接绕在骨架上，再将磁心或铜心、铁心等装入骨架的内腔，以提高其电感量。骨架通常是采用塑料、胶木、陶瓷制成，根据实际需要可以制成不同的形状。小型电感线圈（例如工字电感）一般不使用骨架，而是直接将漆包线绕在磁芯上。

空心电感线圈（也称脱胎线圈或空心线圈，多用于高频电路中）不用磁心、骨架和屏蔽罩等，而是先在模具上绕好后再脱去模具，并将线圈各圈之间拉开一定距离。

2．绕组是指具有规定功能的一组线圈，它是工字电感的基本组成部分。

绕组有单层和多层之分。单层绕组又有密绕（绕制时导线一圈挨一圈）和间绕（绕制时每圈导线之间均隔一定的距离）两种形式；多层绕组有分层平绕、乱绕、蜂房式绕法等多种。

3．磁心与磁棒磁心与磁棒一般采用镍锌铁氧体（NX系列）或锰锌铁氧体（MX系列）等材料，它有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形、环形等多种形状。

4．铁心材料主要有硅钢片、坡莫合金等，其外形多为“E”型。

5．屏蔽罩为避免有些电感线圈在工作时产生的磁场影响其它电路及元器件正常工作，就为其增加了金属屏幕罩（例如半导体收音机的振荡线圈等）。采用屏蔽罩的电感器，会增加线圈的损耗，使Q值降低。

6．封装材料有些电感器（如色码电感器、色环电感器等）绕制好后，用封装材料将线圈和磁心等密封起来。封装材料采用塑料或环氧树脂等。

 

工字电感的产品特点:具有高功率及高磁饱和性，低阻抗、体积小的特点。工字电感不仅体积小，且安装便捷属于插件型电感，占用空间小；高Q值因素；分布电容较小；自共振频率较高；特殊导针结构，不易产生闭路现象；用PVC或UL热缩套管保护；并可用于自动插件机器；应用较为广泛。工字电感的定义工字电感是我们在插件作业中会经常看见电子元器件中的一种；一般是在工字磁芯上，根据不同参数要求进行绕线圈，并有引出两个引脚，这样制成的电感叫做工字电感。

 

工字电感不仅体积小，且安装便捷属于插件型电感，占用空间小；高Q值因素；分布电容较小；自共振频率较高；特殊导针结构，不易产生闭路现象；用PVC或UL热缩套管保护；并可用于自动插件机器；应用较为广泛。电感是导线内通过交流电流时，在导线的内部周围产生交变磁通，导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。

当电感中通过直流电流时，其周围只呈现固定的磁力线，不随时间而变化；可是当在线圈中通过交流电流时，其周围将呈现出随时间而变化的磁力线。根据法拉弟电磁感应定律－－－磁生电来分析，变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势，此感应电势相当于一个“新电源”。当形成闭合回路时，此感应电势就要产生感应电流。由楞次定律知道感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止磁力线的变化的。磁力线变化来源于外加交变电源的变化，故从客观效果看，电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性。电感线圈有与力学中的惯性相类似的特性，在电学上取名为“自感应”，通常在拉开闸刀开关或接通闸刀开关的瞬间，会发生火花，这自感现象产生很高的感应电势所造成的。

总之，当电感线圈接到交流电源上时，线圈内部的磁力线将随电流的交变而时刻在变化着，致使线圈产生电磁感应。这种因线圈本身电流的变化而产生的电动势 ，称为“自感电动势”。

由此可见，电感量只是一个与线圈的圈数、大小形状和介质有关的一个参量，它是电感线圈惯性的量度而与外加电流无关。

工字电感器的作用

电感线圈阻流作用：

电感线圈线圈中的自感电动势总是与线圈中的电流变化抗。电感线圈对交流电流有阻碍作用,阻碍作用的大小称感抗XL，单位是欧姆。它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL,电感器主要可分为高频阻流线圈及低频阻流线圈。

 

调谐与选频作用：

 

电感线圈与电容器并联可组成LC调谐电路。即电路的固有振荡频率f0与非交流信号的频率f相等，则回路的感抗与容抗也相等，于是电磁能量就在电感、电容来回振荡，这LC回路的谐振现象。谐振时电路的感抗与容抗等值又反向，回路总电流的感抗最小，电流量（指  f="f0"的交流信号），LC谐振电路具有选择频率的作用，能将某一频率f的交流信号选择出来。

 

工字电感器还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用。是EMI的优良对策。

 

通过以上对工字电感的性质工作原理及作用的介绍我们可以大概的了解了工字电感的相关特性及应用广泛；可用于车载GPS、车载DVD、电源设备、录影机、液晶电视显示屏、个人电脑、家用电器、办公自动设备、手机、游戏机、玩具、数码产品、安防技术设备等多个领域

工字电感目前有三种：轴向插件型电感、常用工字电感、贴片型工字电感

 

轴向型电感（VC型电感）主要用于EMI的抑制上，该电感可以有较大的体积可以承受较大之电流；

 

常用工字电感（PK型电感）：被视为轴向电感的立式版，应用方便与轴向电感类似，但是常用工字电感可以拥有更大的体积的电感类型，电流自然也能得到一定的应用提升；

 

贴片功率型电感（CD型电感）：该电感原形也是工字电感，安装类型为贴片安装，在贴片电感类型中，该电感具有较高的饱和能力，且结构简单，也是所有贴片系列中成本之电感；电感（inductance）是电子电路或装置的属性之一，指的是：当电流改变时，因电磁感应而产生抵抗电流改变的电动势（EMF，electromotive force）。

电路中的任何电流，会产生磁场，磁场的磁通量又作用于电路上。依据楞次定律，此磁通会借由感应出的电压（反电动势）而倾向于抵抗电流的改变。磁通改变量对电流改变量的比值称为自感，自感通常也就直接称作是这个电路的电感。具有电感性的装置称为电感器（inductor，中文里一般也简称电感），电感器通常是一线圈，可以聚集磁场。（自感是互感的特例）

 

电感线圈在电路中的作用

基本作用：滤波、振荡、延迟、陷波等

形象说法：“通直流，阻交流”

通直流：所谓通直流就是指在直流电路中，电感的作用就相当于一根导线，不起任何作用。

阻交流：在交流电路中，电感会有阻抗，即XL，整个电路的电流会变小，对交流有一定的阻碍作用。

细化解说：在电子线路中，电感线圈对交流有限流作用，它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等；

 

电感线圈的作用是阻碍电流的变化，但是这种作用与电阻阻碍电流流通作用是有区别的。

电阻阻碍电流流通作用是以消耗电能为其标志，而电感阻碍电流的变化则纯粹是不让电流变化，当电流增加时电感阻碍电流的增加，当电流减小时电感阻碍电流的减小。电感阻碍电流变化过程并不消耗电能，阻碍电流增加时它将电的能量以磁场的形式暂时储存起来，等到电流减小时它也将磁场的能量释放出来，以结果来说，就是阻碍电流的变化。

在产品数字电路EMC设计过程中，我们常常会使用到磁珠，我们就介绍一下磁珠滤波地原理以及如何使用

 

  铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金，这种材料具有很高的导磁率，他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。铁氧体材料通常在高频情况下应用，因为在低频时他们主要程电感特性，使得线上的损耗很小。在高频情况下，他们主要呈电抗特性比并且随频率改变。实际应用中，铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。实际上，铁氧体较好的等效于电阻以及电感的并联，低频下电阻被电感短路，高频下电感阻抗变得相当高，以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置，高频能量在上面转化为热能，这是由他的电阻特性决定的。

 

  铁氧体磁珠与普通的电感相比具有更好的高频滤波特性。铁氧体在高频时呈现电阻性，相当于品质因数很低的电感器，所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高高频滤波效能。在低频段，阻抗由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制;并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感，这种电感容易造成谐振因此在低频段，有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。

 

  铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上。如在印制板的电源线入口端加上铁氧体抑制元件，就可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰，它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。

 

  使用片式磁珠还是片式电感主要还在于实际应用场合。在谐振电路中需要使用片式电感。而需要消除不需要的EMI噪声时，使用片式磁珠是的选择。片式磁珠和片式电感的应用场合：片式电感：射频(RF)和无线通讯，信息技术设备，检波器，汽车电子，蜂窝电话，寻呼机，音频设备，PDAs(个人数字助理)，无线遥控系统以及低压供电模块等。片式磁珠：时钟发生电路，模拟电路和数字电路之间的滤波，I/O输入/输出内部连接器(比如串口，并口，键盘，鼠标，长途电信，本地局域网)，射频(RF)电路和易受干扰的逻辑设备之间，供电电路中滤除高频传导干扰，计算机，打印机，录像机(VCRS)，电视系统和手提电话中的EMI噪声抑止。

 

  磁珠的单位是欧姆，因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆。磁珠的DATASHEET上一般会提供频率和阻抗的特性曲线图，一般以100MHz为标准，比如是在100MHz频率的时候磁珠的阻抗相当于1000欧姆。针对我们所要滤波的频段需要选取磁珠阻抗越大越好，通常情况下选取600欧姆阻抗以上的。

 

 

  另外选择磁珠时需要注意磁珠的通流量，一般需要降额80%处理，用在电源电路时要考虑直流阻抗对压降影响。

电感和电阻同属于被动元件，只有通过电流时,才会工作，电感的作用是将交流转换为直流,然后滤除一部分杂讯波,让平稳的波通过,电感的制作目前重要是以手工为主,屏蔽电感的组装要依靠治具,否则会让公差加大。检测主要是通过LCR数字电桥或其他阻抗分析仪，分为物理测试和环境测试。电感的主要参数有：电感量、电流、电阻。电阻通常是容易被忽略的，因为电阻是个耗能元件，它的值对电流没有什么大的影响，只是随着过多的热量流失，就产生了大量的无用功。有些客户会对电阻有要求，大多数情况之下，只要不是相差太多，就没有大的影响。

和电感一样,电阻也是被动元件。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生热能。电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。通常来说，使用万用表可以很容易判断出电阻的好坏：将万用表调节在电阻挡的合适挡位，并将万用表的两个表笔放在电阻的两端，就可以从万用表上读出电阻的阻值。应注意的是，测试电阻时手不能接触到表笔的金属部分。但在实际手机维修中，很少出现电阻损坏，除少数机型的一些电阻外，也很少去关心电阻的阻值。着重注意的是电阻是否虚焊，脱焊。

当一个电感被击穿之后，就成了电阻。

该电路的核心器件是集成压控振荡器芯片MC1648 ，利用其压控特性在输出3 脚产生频

率信号，可间接测量待测电感LX 值，测量精度极高。

 

 

BB809 是变容二极管，图中电位器VR1 对+15V 进行分压，调节该电位器可获得不同的

电压输出，该电压通过R1 加到变容二极管BB809 上可获得不同的电容量。测量被测电感LX

时，只需将LX 接到图中A、B 两点中，然后调节电位器VR1 使电路谐振，在MC1648 的3

脚会输出一定频率的振荡信号，用频率计测量C 点的频率值，就可通过计算得出LX 值。

电路谐振频率：

 

式中谐振频率f0 即为MC1648 的3 脚输出频率值，C 是电位器VR1 调定的变容二极管

的电容值，可见要计算LX的值还需先知道C 值。为此需要对电位器VR1 刻度与变容二极管

的对应值作出校准。

为了校准变容二极管与电位器之间的电容量，我们要再自制一个标准的方形RF（射频）

电感线圈L0。该标准线圈电感量为0.44μH。校准时，将RF 线圈L0 接在

调节电位器VR1 至不同的刻度位置，在C 点可测量出相对应的测量值，再根据上面谐振公式可算出变容二极管在电位器VR1 刻度盘不同刻度的电容量 电感是电子电路阻止电流改变的一种性质。注意“改变”一词的物理意义，这点非常重要，有点像力学中的惯性。一个电感线圈被用在磁场中储存能量，你会发现这个现象非常重要。为了理解电感的概念，必须了解三个物理现象：

  （1）当一个导体相对磁场运动时，导体中会感生电流。从而在导体的两端会产生感生电动势。

 

  （2）当导体处在变化的磁场中，导体内部会产生感生电流。像种情况一样，导体内也会产生感生电动势。

 

  （3）当导体中有电流流动时，导体周围会产生磁场。

 

  根据楞次定律．电路中的感生电动势是描述电路中抵消或补偿其自身的增加或减少的一个物理量。从这个原理出发，会有以下效应：

 

  （1）无论导体和磁场发生相对运动还是磁场变化，都会产生感生电流。感生电流的方向是其激发的磁场与原磁场的变化趋势相反的方向。

 

  （2）导体中电流改变时，由此电流激发的磁场会发生变化，磁场的变化会感生新的电流以阻碍原电流的变化。

 

  （3）由电流变化感生的电动势与产生电流变化的电势的极性相反。

 

  电感的单位是亨E［利］（H）。如果导体中的电流以IA／s的速率变化，会感生IV的电动势，那么此导体的电感就为1H。这个关系可以表示为:

 

        V=L(ΔI/Δt)

 

  式中，V为感生的电动势，V；L为电感，H；r为电流，A；t为时间，s；△为微小改变量。

 

  亨E［利］这个单位适用于在直流电源供电的连续滤波腔体中使用的电感器，但对于射频和中频电路来说，它的量纲太大了。在这些电路中通常使用的是辅助单位毫亨（mH）和微亨（μH）。它们之间的换算关系是：

 

  1H=1000mH=1000000μH

 

  所以，

 

  1mH＝10-3H， 1μH＝10-6H

 

  这里有一个值得注意的现象叫做自感：当电路中的电流变化时，电流激发的磁场也相应变化。磁场的变化会感生一个反向电流阻碍原电流的变化。这个感生电流也会产生一个电动势，称作反向电动势。和其他形式的电感一样，自感的单位也是亨E［利］和它的辅助单位。

 

  虽然电感的概念涉及一系列现象，但是单独使用时通常是指自感。所以，本章中的讨论除非特别说明（比如互感等），电感都是指自感。不过要记住：该专业术语拥有比一般理解更多的含义电感的制作原材料有磁芯、铜线、骨架等，而一款电感的制作决定性左右的是磁芯的选择，下面我们详细介绍一下主要几款磁芯的特性

 

1.铁粉芯

铁粉芯主要为一种软磁铁粉芯，主要采用纯铁粉加入绝缘剂、粘结剂，通过挤压成型而得，一般的初始导磁率为75以下，该产品有很高的饱和磁通密度，一般产品由于表面电阻较小，因此不太适用200KHz以上的电路，单随之技术的进步，也不断出现高频材料。铁粉芯一般用于功率型的磁环电感较常用在各种开关电源上

 

2.镍锌铁芯

镍锌铁芯主要是一种软磁铁氧体磁芯，镍锌磁芯一般的初始导磁率为5~1500，该磁芯一般用于中高频电路上，由于具有较高的表面电阻（100MΩ以上）

镍锌磁芯的用途：

抗EMI铁氧体：EMI材料依靠磁损和电损来吸收电磁能量，以吸收干扰电磁波，因此一般要求在10~100MHz条件下有较高的阻抗，一般用于磁珠；

选频滤波电感:该类材料一般要求损耗低，温度系数低，居里温度高，高频特性好等，一般用于色环电感等。

扼流电感和功率电感：该磁芯一般要求有饱和磁通量大，居里温度高等特点，一般应用于 磁棒电感、部分工字电感轴向电感；

 

3.锰锌磁芯

锰锌磁芯同样是一种软磁磁芯，具有较高的初始导磁率（2000~15000），该产品表面电阻低，且初始导磁率越高表面电阻越低，故此一般使用在1MHz以下电路。

主要用途

该材的初始导磁率一般在2000~3000左右，有很高的饱和磁通密度，较低的损耗，是100KHz左右最理想的功率电感磁芯之一；一般使用于磁环共模电感等

 

4.铁合金

铁合金材料改进了铁粉芯的缺点，强化了铁粉芯的优点，一般应用于要求非常高的磁环功率电感中

 

5.非晶合金材料

具有高初始导磁率（50000~60000），高饱和，低损耗等特性，一般用于要求非常高才使用；电动机作为一种拖动机械因具有结构简单、价格低廉、使用维护方便等优点，在国民经济各个方面被广泛采用。在当代，随着电子技术的发展和智能电动机保护器技术的成熟而普及率越来越高。

 

  智能电动机保护器采用了微处理器技术，不仅解决了传统的热继整定粗糙、不能实现断相保护，重复性差、测量参数误差大的缺点。保护器通过电流来判断断相故障，软件模拟热积累过程的方法来实现过载保护等方法保证了电机的可靠运行，而微处理器强大的扩展性包括开关量输入、继电器输出，4~20mA变送输出、 RS485通讯等很好的满足了控制系统的“四遥”功能。

 

  电动机保护器提高了电动机运行的可靠性和系统智能化要求，因此保护器的可靠运行起着举足轻重的作用，同时也对保护器抗外界干扰提出了比较现实的要求。下面就从硬件和软件两个方面提出可靠性设计。

 

2  硬件可靠性设计

 

  2.1 微处理的选择

 

  采用Freescale公司的高性能处理器MC9S08AW60。MC9S08AW60是Freescale公司一款基于S08内核的高度节能型处理器，是认可用于汽车市场的微控制器。可应用在家电、汽车、工业控制等场合，具有业内的EMC性能。

 

  2.2 电源端滤波处理

 

  利用电磁原理进行硬件电路滤波是提高保护器EMC的有效方法。经热敏电阻t、压敏电阻RV1、电感L1、L2、差模电容C1、共模电感 L3、共模电容C2、C3组成的两级滤波处理，很好的隔离了由于电源端的输入和输出干扰。PTC热敏电阻器的主要用于过流过热保护，直接串在负载电路中，在线路出现异常状况时，能够自动限制过电流或阻断电流，当故障排除后又恢复原态，俗称“万次保险丝”。根据线路的工作电流来确定选择。压敏电阻主要用于吸收各种操作浪涌及感应雷浪涌过压保护，以防止这类过电压干扰或损坏各种电路元件。根据设计经受的浪涌电压按照允许使用电压和通流容量来选择。其中，L1、L2、C1为抑制差模干扰，L3、C2、C3为抑制共模干扰。L1、L2铁芯应选择不易饱和的材料及M-F特性优良的材料。按照IEC-380 安全技术指标推荐，图中元件参数的选择范围为：C1=0.1~2uF；C2、C3=2.2~33uF；L3为几个或几十毫亨，随工作电流不同而取不同的参数值。

 

  按照下面公式计算C2、C3的容量：

 

  Ii=2πfCyU

 

  式中：Ii───允许的交流漏电流

 

  f───电源频率；

 

  信号端处理

 

  谐波和电磁辐射干扰会导致保护器误动作，使电气仪表计量不准确，甚至无法正常工作。在电动机控制回路中产生该类干扰源为变频器和现场对讲机。解决的方法有：一是信号输入线胶合，胶合的双胶线能降低共模干扰，由于改变了导线电磁感应的磁通方向，使其感应互相抵消。二是内部线路处理。如下图，采用双差分输入的差动放大器，具有很高的共模抑制比。在输入回路中接RC滤波器、信号的输入和输出端使用专用器件、降低输入输出阻抗、可靠接地和合理的屏蔽等措施。

 

 

 

 信号处理电路

 

  2.4 保护输出端处理

 

  输入输出端采用光电隔离的方法，也是可以消除共模干扰，同时在保护继电器的的输出端并接压敏电阻，有效的提高了继电器的寿命，也降低了由于外部接触器动作对内部的干扰。考虑到客户使用控制电压的不确定性和接触器线圈容量，确认使用MYG14D821。

 

 

 

保护输出电路

 

  2.5 外部存储技术和看门狗保护电路

 

  使用外置存储芯片X25043，SPI接口。微处理器内置SPI控制模块，方便的与该芯片接口，外部存储技术保证了运行状态和事件的记录。低电压复位和外部看门狗提高了保护器的可靠性。

 

.外置存储器和看门狗电路

 

  2.6 主体与显示单元通过RS485连接

 

  考虑到使用环境的特殊性和要求的多样性，主体与显示单元之间连接也采用RS485 Modbus-Rtu协议连接，提高了显示与控制的可靠性。

 

3  软件可靠性设计

 

  3.1 实时多任务的调度

 

  保护器起着保护电动机的重任，对它的要求是既不能误动，也不能拒动，而且必须快速。实时多任务的调度实际是通过时间片的轮换实现宏观上的多任务效果。对于保护器而言，存在着三个重要的任务，等间隔的交流采样，根据算法得到稳态与暂态电量数据；根据得到的数据判断故障，故障计时、清零和脱扣输出；人机交互界面。下图以一个周波T=20mS，32点采样为例（考虑到快速除法），32次采样总时间为3.2mS，数据计算时间为9.72mS， 计时0.36mS，则人机交互的时间为6.72mS。这样的任务调度即满足了保护实时性要求，又较快的响应了参数设置无接触的位移传感器，是对基于电位技术的位移传感器的革命性改进，相比于过去复杂的应用，采用磁致伸缩技术的位移传感器，无论在界面还是性能上，都有很大提升。您知道磁致伸缩技术的位移传感器的运用技术吗？首先要了解位移传感器又称为线性传感器，把位移转换为电量的传感器。位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。

   在这种转换过程中有许多物理量(例如压力、流量、加速度等)常常需要先变换为位移，然后再将位移变换成电量。因此位移传感器是一类重要的基本传感器。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。机械位移包括线位移和角位移。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型（如自发电式）和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、 电感式位移传感器（见电感式传感器）、自整角机、电容式位移传感器（见电容式传感器）、电涡流式位移传感器（见电涡流式传感器）、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统（见数字式传感器）。这种传感器发展迅速，应用日益广泛(见感应同步器、码盘、光栅式传感器、磁栅式传感器)。

 

  电位器式位移传感器，它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。图1中的电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。

 

  磁致伸缩位移传感器——通过非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值的；该传感器的高精度和高可靠性已被广泛应用于成千上万的实际案例中。

 

  由于作为确定位置的活动磁环和元件并无直接接触，因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响，IP防护等级在IP67以上。此外，传感器采用了高科技材料和先进的电子处理技术，因而它能应用在高温、高压和高振荡的环境中。传感器输出信号为绝对位移值，即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新归零。由于元件是非接触的，就算不断重复检测，也不会对传感器造成任何磨损，可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。

 

  磁致伸缩位移传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管，波导管内的元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到。由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可以高度精确地确定这个距离。由于输出信号是一个真正的绝对值,而不是比例的或放大处理的信号,所以不存在信号漂移或变值的情况,更无需定期重标。

 

  磁致伸缩位移传感器是根据磁致伸缩原理制造的高精度、长行程绝对位置测量的位移传感器。它采用非接触的测量方式，由于测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触，不至于被摩擦、磨损，因而其使用寿命长、环境适应能力强，可靠性高，安全性好，便于系统自动化工作，即使在恶劣的工业环境下，也能正常工作。此外，它还能承受高温、高压和强振动，现已被广泛应用于机械位移的测量、控制中。力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。

  在了解压阻式压力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，这种应变片组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

 

  金属电阻应变片的内部结构

 

  它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差，一般均为几十欧至几十千欧左右。

 

  电阻应变片的工作原理

 

  金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。

 

  我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，其电阻值即会发生改变。假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。

 

  陶瓷压力传感器

 

  抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

 

  陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度大于2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性、低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美有替代诸多类型传感器的趋势，在中国越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。

 

  扩散硅压力传感器

 

  被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

 

  蓝宝石压力传感器

 

  利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体元件，具有的计量特性。

 

  蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石比硅更坚固，硬度更高，不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性，因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体元件，对温度变化不，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体元件，无p-n漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。

 

  用硅-蓝宝石半导体元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。

 

  表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固地连接在一起）。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。

 

  传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出（4~20mA或0~5V）。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的。

 

  压电式压力传感器

 

  压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于它随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

 

  现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

 

  压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

 

  压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于工业，例如用它来测量枪炮在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。

 

  压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用非常广泛。共模干扰是EMC所面临解决的大问题，共模电感是我们解决共模干扰最有力的元件!现在就简单介绍一下共模电感的原理以及使用情况。

 

  工字电感是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用，而当两线圈流过差模电流时，磁环中的磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流可以无衰减地通过。因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号，而对线路正常传输的差模信号无影响。

 

  共模电感在制作时应满足以下要求：

 

  1)绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。

 

  2)当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。

 

  3)线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。

 

  4)线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过电压的而授能力。

 

  通常情况下，同时注意选择所需滤波的频段，共模阻抗越大越好，因此我们在选择共模电感时需要看器件资料，主要根据阻抗频率曲线选择。另外选择时注意考虑差模阻抗对信号的影响，主要关注差模阻抗，特别注意高速端口。对于处理器供电电路，处理器从低负荷到满负荷，电流的变化是非常大的。为了保证处理器能够在快速的负荷变化中，不会因为电流供应异常而出现死机现象。处理器供电电路要求具有非常快速的大电流响应能力。供电电路中的场效应管(MOSFET管)、电感和电容都会影响到这一能力。一个最理想的状态是，使用最快速的场效应管(MOSFET管)、高磁通量粗导线的电感线圈、超低ESR的输入输出电容。

    那么有没同时使用最快速的场效应管(MOSFET管)、高磁通量粗导线的电感线圈、超低ESR的输入输出电容的主板呢？实际上，不同的主板厂商，对选料的着重点不一样。甲厂商可能会选用快速的场效应管(MOSFET管)，快速的场效应管(MOSFET管)的开关噪声比较小，这样就可以将输入输出的电容等级下降一点。好的主板使用高导磁的电感磁芯（降低了线圈的损耗电流），因此它的线圈使用单根比较粗一点的就可以了。但大多数厂商会使用便宜一点的磁芯，使用三线并绕的方式来解决，这样即使损耗大一些，线圈也不会发太多的热。上面笔者已经谈过电容的问题，下面我们来谈谈电感和场效应管(MOSFET管)。

 

  充足而纯净的电流是保证主板稳定工作的重要条件，为了保证处理器等设备稳定可靠地工作，就需要有非常纯净的电流。因此，主板上设计了很复杂的电路对供电电流进行滤波处理。在主板上，电感和电容主要是用来对电流进行滤波的。由于电感有蓄能的特点，所以电流先流过电感以便滤掉一部分高频杂波，再流过电容进一步滤掉其余的杂波，因此电感的性能就充分影响到了整个主板供电的纯净度。

 

  再早期的主板用料中常常选用裸露式电感，渐进到半封闭式电感，目前市面上的主板已全部采用了全封闭式电感。正因为是屏蔽式，所以电感的线圈粗细很难分辨。不过在这里可以将理论与大家分享一下仍是十分有必要的。影响电感性能的主要是线圈和磁芯。线径很粗的线圈采用的是高导磁率、不易饱和的新型磁芯，所以不需要很多的绕线圈数就可以得到足够的磁通量，因此也被越来越多的主板生产商所采用。常用的可调 功率电感有，半导体收音机用振荡线圈、电视机用行振荡线圈、行线性线圈、中频陷波线圈、音响用频率补偿线圈、阻波线圈等。

  1.半导体收音机用振荡线圈此振荡线圈在半导体收音机中与可变电容器等组成本机振荡电路，用来产生一个输入调谐电路接收的电台信号高出465kHz的本振信号。其外部为金属屏蔽罩，内部由尼龙衬架、工字形磁心、磁帽及引脚座等构成，在工字磁心上有用高强度 绕制的绕组。磁帽装在屏蔽罩内的尼龙架上，可以上下旋转动，通过改变它与线圈的距离来改变线圈的电感量。电视机中频陷波线圈的内部结构与振荡线圈相似，只是磁帽可调磁心。

  2.电视机用行振荡线圈行振荡线圈用 在早期的黑白电视机中，它与外围的阻容元件及行振荡晶体管等组成自激振荡电路(三点式振荡器或间歇振荡器、多谐振荡器)，用来产生频率为15625HZ的矩形脉冲电压信号。该线圈的磁心中 心有方孔，行同步调节旋钮直接插入方孔内，旋动行同步调节旋钮，即可改变磁心与线圈之间的相对距离，从而改变线圈的电感量，使行振荡频率保持为功率电感-贴片电感-绕线电感-电感线圈-电感厂家-电子新闻HZ，与自动频率控制电路(AFC)送入的行同步脉冲产生同步振荡。

  3.行线性线圈行线性线圈 (其电感量随着电流的增大而减小)，它一般串联在行偏转线圈回路中，利用其磁饱和特性来补偿像的线性畸变。

  行线性线圈是用漆包线在"工"字型铁氧体高频磁心 或铁氧体磁棒上绕制而成，线圈的旁边装有可调节的永久磁铁。通过改变永久磁铁与线圈的相对位置来改变线圈电感量的大小，从而达到线性补偿的目的。