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第5章电感式传感器

电感式传感器：

电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的

一种装置。

被测量(位移等)→线圈自感和互感的变化→电量

应用：

可以用来测量位移、振动、压力、应变、流量、力矩、

重量、比重等多种物理量。

电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感，在被

测量转换成线圈自感或互感的变化时。一般要利用磁场作为

媒介或利用铁磁体的某些现象。这类传感器的主要特征是具

有线圈绕组。

种类：

自感式传感器(自感原理)

差动变压器式传感器(互感原理)

涡流式传感器(涡流原理)

此外还有：压磁式传感器(压磁原理)

感应同步器(互感原理)

电感式传感器的优点：

①结构简单、可靠，测量力小

衔铁为0.5～200×10-5N时，磁吸力为(1~10)×10-5N。

②分辨力高

机械位移：0.1μm,甚至更小；角位移：0.1°

输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm。

③重复性好，线性度优良

在几十μm到数百mm的位移范围内，输出特性的线性度

较好，且比较稳定。

电感式传感器的缺点：

存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。

5.1自感式传感器

5.1.1、工作原理：将被测参数的变化转变成线圈自

感系数L的变化。

组成：线圈L、衔铁B(动铁心)和固定铁芯A等。

参数：线圈的匝数N、线圈流过的电流I、磁路中空气隙总

长度为δ等。

衔铁B

lA

δ

a-

式b

铁心

固定铁芯A

线圈L

5.1.1自感式传感器的工作原理(实验演示)

0

回回220V

36V³50Hz

气隙变小，电感变大，电流变小

自感式传感器将被测参数的变化转变成线圈自感系

数L的变化。变磁阻自感式传感器的原理结构由线圈

L、衔铁B(动铁心)和固定铁芯A等组成。当衔铁B

移动时气隙长度发生变化，从而导致磁路磁阻变化

,进一步导致线圈的电感变化。要确定衔铁位移量

和方向，只需通过测量电感的变化即可。

由磁路基本知识知，线圈自感为：

ψ—线圈总磁链；N—线圈匝数；Rm—磁路总磁阻(铁芯与

衔铁磁阻和空气隙磁阻),(气隙较小，δ为0.1～1mm,认为气

隙磁场是均匀的),若忽略磁路铁损，则磁路总磁阻为

lAlBloN²μoS

2₀

RmμASA

μBSB2δ

μ₀S₀

铁芯磁阻远较气隙磁阻小，忽略铁芯磁阻，所以上式L

可简化为：

L

N²μoA

或：L₀(A₀为气隙截面积)

2δ

可见，自感L是气隙截面积和长度的函数，即

Lf(S₀,δ)

如果S,保持不变，则L为δ的单值函数，构成变隙式自感传

感器；若保持δ不变，使S₀随位移变化，则构成变截面式自

感传感器。其特性曲线如下：

L=f(so)f

L=f(δ)

△a

变截面型自感式传感器

例：气隙型电感式传感器如图5-1所示，铁芯截面为边长3mm的正

方形，气隙厚度δ为0.5mm,衔铁最大位移△δ=±0.06mm,激励

线圈匝数N为2000,若忽略