第4章电感式传感器

来源：网络收集时间：2025-11-06

导读：传感器课件第4章电感式传感器4.1 变磁阻式传感器 4.2 差动变压器式传感器 4.3 电涡流式传感器 返回主目录传感器课件第4章电感式传感器概述传感器原理及应用电感式传感器利用电磁感应定律将被测非电量(如位移、压力、流量、振动) 转换为电感系

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第4章电感式传感器4.1 变磁阻式传感器 4.2 差动变压器式传感器

4.3 电涡流式传感器

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第4章电感式传感器概述

传感器原理及应用

电感式传感器利用电磁感应定律将被测非电量(如位移、压力、流量、振动) 转换为电感系数或互感系数的变化。按传感器结构可分为：自感式、互感式、电涡流式。

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第4章电感式传感器概述

传感器原理及应用电感粗糙度仪接近式传感器

各种电感式传感器

非接触式位移传感器

测厚传感器

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传感器原理及应用

电感应用

电感传感器测量滚珠直径，实现按误差分装塞选

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传感器原理及应用

优点：有结构简单, 工作可靠, 测量精度高, 零点稳定, 输出功率较大等一系列优点, 缺点：其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约, 传感器自身频率响应低, 不适用于快速动态测量。这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,

在工业自动控制系统中被广泛采用。 这类传感器的主要特征是具有线圈绕组。

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传感器原理及应用

4.1变磁阻式传感器(自感式) 4.1.1 工作原理

结构:由线圈、铁芯、衔铁三部分组成。铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为σ ; 传感器运动部分与衔铁相连，衔铁移动时σ发生变化，引起磁路的磁阻Rm变化，使电芯线圈的电感值L变化；只要改变气隙厚度或气隙截面积就可以改变电感。

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传感器原理及应用

4.1变磁阻式传感器(自感式) 4.1.1 工作原理在铁芯和衔铁之间有气隙, 气隙厚度为δ, 传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时, 气隙厚度δ发生改

变, 引起磁路中磁阻变化, 从而导致电感线圈的电感值变化, 因此只要能测出这种电感量的变化, 就能确定衔铁位移量的大小和方向。设Rm——磁路总磁阻。对于变隙式传感器, 因为气隙很小, 所以可以认为气隙中的磁场是均匀的。若忽略磁磁阻是磁路对磁通路磁损, 则磁路总磁阻为具有阻碍作用的物理量

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4.1变磁阻式传感器(自感式) 4.1.1 工作原理 L1 L2 2  Rm= S S S 1 1 2 2 0 0式中: μ1——铁芯材料的导磁率;  μ2——衔铁材料的导磁率;  L1——磁通通过铁芯的长度;  L2——磁通通过衔铁的长度; 



S1——铁芯的截面积; S2——衔铁的截面积;  μ0——空气的导磁率;

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4.1变磁阻式传感器(自感式) 4.1.1 工作原理S0——气隙的截面积;  ó——气隙的厚度。通常气隙磁阻远大于铁

芯和衔铁的磁阻, 即

2 L1 u 0 s0 u1s1 2 L2 u0 s0 u 2 s2

 则可近似为 

2 Rm = u s 0 0

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4.1变磁阻式传感器(自感式) 4.1.1 工作原理线圈自感可按下式计算：

N2 L

N 0 S 0 Rm 2 2

式中： N 线圈匝数； Rm 磁路总磁组； So 气隙的截面积； σ 气隙厚度； μo 导磁率(真空、空气)

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4.1变磁阻式传感器(自感式) 4.1.2 输出特性L

电感初始气隙σ0处初始电感量为L0N 2 0 S0 L0 2 0L0+ΔL0 L0 L0-ΔL0

衔铁位移Δσ引起的电感变化为：σ0

N 2 0 S0 L L0 L 2( 0 )

N 2 0 S0 (1

2 0 )

L0 1

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4.1变磁阻式传感器(自感式) 4.1.2 输出特性

Δσ/σ《1时，用泰勒级数展开

L L0 L L0 [1

(

) (2

)3 ]

衔铁上移时 L 2 2 3 [1 ( ) ] ( ) ( ) L0 0 0 0 0 0 0

衔铁下移时 L 2 2 3 [1 ( ) ] ( ) ( ) L0 0 0 0 0 0 0

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4.1变磁阻式传感器(自感式) 4.1.2 输出特性

对上式作线性处理忽略高次项时定义灵敏度

L k0

L L0 0

讨论：传感器测量范围与灵敏度和线性度相矛盾；变间隙式电感传感器用于小位移比较精确；一般Δσ/σ= 0.1-0.2; 为减小非线性误差，实际测量中多采用差动式。

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4.1变磁阻式传感器(自感式) 4.1.2 输出特性

差动式原理：差动变隙式由两个相同的线圈和磁路组成。当被测量通过导杆使衔铁上下位移时，两个回路中磁阻发生大小相等、方向相反的变化，形成差动形式。

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传感器原理及应用

4.1变磁阻式传感器(自感式) 4.1.2 输出特性电感的变化为：

L L1 L2 2 L0

[1 (

) (2

) ]4

对上式进行线性处理并忽略高次项： L 2 差动式灵敏度为： L0 0 L K0 L0 2

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传感器原理及应用

4.1变磁阻式传感器(自感式) 4.1.2 输出特性

讨论：比较单线圈，差动式的灵敏度提高了一倍；差动式非线性项比单线圈多乘了(Δσ/σ)因子；不存在偶次项，因Δσ/σ<<

1,线性度得到改善。差动式的两个电感结构，可抵消温度、噪声干扰的影响。

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4.1变磁阻式传感器(自感式) 4.1.3 测量电路(转换电路)电感式传感器的测量电路有交流电桥式、交流变压器式以

及谐振式等几种形式。将传感器电感接入不同的转换电路后，原则上可将电感变化转换成电压(电流)的幅值、频率、相位的变化，它们分别称为调幅、调频和调相。

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4.1变磁阻式传感器(自感式) 4.1.3 测量电路(转换电路) (1)交流电桥式

两个桥臂由相同线圈组成，另外两个为平衡电阻

交流电桥结构示意图

等效电路

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因

4.1变磁阻式传感器(自感式) 4.1.3 测量电路(转换电路) (1)交流电桥式

Z1 Z0 j L1 , Z2 Z0 j L2 , Z3 Z 4 R0

U AC Z1 U AC U AC L j L 输出电压为： U 0 2 Z2 2 R0 j L0 2 L0代入

L 2 L0

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