传感器原理及工程应用第04章 电感式传感器

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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
第4章 电感式传感器
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第 4 章 电感式传感器
第 4 章 电 感 式 传 感 器
利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流
量、 振动等转换成线圈自感量 L或互感量 M的变化 , 再由
测量电路转换为电压或电流的变化量输出 , 这种装置称为电
感式传感器 电感式传感器具有结构简单 , 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 , 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。
电感式传感器种类很多 , 本章主要介绍自感式、 互
感式和电涡流式三种传感器。
第 4 章 电感式传感器
4.1 变磁阻式传感器
一、 工作原理
变磁阻式传感器的结构如图 4 - 1 所示。它由线圈、
铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡
莫合金制成 , 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。
根据电感定义 , 线圈中电感量可由下式确定 :
第 4 章 电感式传感器
第 4 章 电感式传感器
L= (4 - 1 ）
式中 : —— 线圈总磁链 ;
I —— 通过线圈的电流 ;
w—— 线圈的匝数 ;
Φ —— 穿过线圈的磁通。
由磁路欧姆定律 , 得

I
w
I
w
I
m
R
Iw
第 4 章 电感式传感器
式中 : 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
路磁损 , 则磁路总磁阻为
 Rm= (4 - 3) 
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 ;
0022
2
11
12
SS
L
S
L
第 4 章 电感式传感器
S0—— 气隙的截面积 ;
δ—— 气隙的厚度。
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻 , 即
则式 (4 - 3 ）可近似为
 Rm =
联立式 (4 - 1 ）#, 式(4 - 2 ）及式 (4 - 5 ）, 可得
00
2
su
11
1
00
2
su
L
su 
22
2
00
2
su
L
su 
第 4 章 电感式传感器
(4 - 6 ）
上式表明, 当线圈匝数为常数时 , 电感 L仅仅是磁路
中磁阻 Rm的函数 , 只要改变 δ或S0 均可导致电感变化 , 因
此变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度 δ的传感器和变气隙
面积Ｓ 0的传感器。使用最广泛的是变气隙厚度 δ式电感传
感器。
二、 输出特性
设电感传感器初始气隙为 δ0, 初始电感量为 L0, 衔
铁位移引起的气隙变化量为 Δδ, 从式 (4 - 6 ）可知 L与δ之
间是非线性关系 , 特性曲线如图 (4 -2 ）表示 ,初始电感量为
2
00
22
sw
R
w
L
m
第 4 章 电感式传感器
第 4 章 电感式传感器
0
2
00
0
2
ws
L
当衔铁上移 Δδ 时, 传感器气隙减小 Δδ, 即δ=δ0-Δδ,
则此时输出电感为 L = L0+ΔL, 代入式 (4 - 6 ）式并整理 , 得
0
0
0
00
2
0
1
)(2
Lsw
LLL
当 Δδ/δ01 时, 可将上式用台劳级数展开成级数形式为
L = L0+ΔL =
...])()()(1[
3
0
2
00
0
L
由上式可求得电感增量 ΔL 和相对增量 ΔL/ L0的表达式 ,
即
摘要：

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第4章电感式传感器返回主目录第4章电感式传感器第4章电感式传感器利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出,这种装置称为电感式传感器电感式传感器具有结构简单,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,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。电感式传感器种类很多,本章主要介...

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