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1、前言,电感式传感器是建立在电磁感应基础上的，具体为利用被测量(位移、振动、压力、流量、比重)的变化引起线圈自感系数L或互感系数M的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。根据转换原理的不同，电感式传感器可分为自感式(变磁阻式)和互感式(变压器式、涡流式)两大类。,1.工作原理,变磁阻式传感器,变磁阻式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料制成。,在铁芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度发生改变，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。,1.工作原理,变磁阻
2、式传感器,线圈中电感量可由式1确定：,根据磁路欧姆定律：,L1、1、A1：铁芯中心线长度、磁导率、截面积,气隙很小，可以认为气隙中的磁场是均匀的。 若忽略磁路磁损， 则磁路总磁阻为式3,L2、2、A2：衔铁中心线长度、磁导率、截面积,、0、A0：气隙厚度、磁导率、截面积,式1,式2,式3,1.工作原理,变磁阻式传感器,通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即,式1,式2,式3,式4,式5,式6,式6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，改变或A0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的传感器和变气隙面积A0的传感器。 目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器
3、。,2.变气隙厚度式传感器输出特性,变磁阻式传感器,L与之间是非线性关系，特性曲线如图,变隙式电感传感器的L-特性,1) 当衔铁处于初始位置时，电感量为：,2.变气隙厚度式传感器输出特性,变磁阻式传感器,变隙式电压传感器的L-特性,2) 当衔铁上移时，传感器气隙减小，即 =0，电感量为：,当/01时，用泰勒级数展开,2.变气隙厚度式传感器输出特性,变磁阻式传感器,可求得电感增量L的表达式，即,进而可求得相对增量L/L0的表达式，即,2.变气隙厚度式传感器输出特性,变磁阻式传感器,变隙式电压传感器的L-特性,3) 当衔铁下移时，传感器气隙增大，即 =0+，电感量为：,当/01时，用泰勒级数展开,
4、2.变气隙厚度式传感器输出特性,变磁阻式传感器,可求得电感增量L的表达式，即,进而可求得相对增量L/L0的表达式，即,2.变气隙厚度式传感器输出特性,变磁阻式传感器,衔铁上移电感增量L和相对增量L/L0的表达式,对L/L0作线性处理，即忽略高次项后，可得,可见：变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾。,则灵敏度,衔铁下移电感增量L和相对增量L/L0的表达式,2.变气隙厚度式传感器输出特性,变磁阻式传感器,与,与线性度,4) 讨论：,无论上移或下移，非线性都将增大,上移灵敏度增大，下移灵敏度减小,因此，变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合,2.变气隙厚度式传感器输出特性,变磁阻
5、式传感器,5) 对策：为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器,两个相同的电感线圈和磁路组成，衔铁上下移动时，两个磁路的磁阻发生大小相同，方向相反的变化。,2.变气隙厚度式传感器输出特性,变磁阻式传感器,一个线圈电感量增加，另一个线圈电感量减小，形成差动结构 ，将两个线圈接入交流电桥的相邻桥臂，另两个桥臂由电阻组成。,线性处理忽略高次项可得灵敏度,结论：a. 灵敏度比单线圈提高1倍；b. 非线性项比单线圈高一阶。,3.变气隙厚度式传感器应用,变磁阻式传感器,当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移，于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表A的指示值就反映了被测压力的大小。,1.变隙电感式压力传感器结构图,3.变气隙厚度式传感器应用,变磁阻式传感器,当被测压力进入C形弹簧管时，C形弹簧管产生变形，其自由端发生位移，带动与其连接成一体的衔铁运动，使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化。电感的这种变化通过电桥电路转换成电压输出。由于输出电压与被测压力之间成比例关系，所以只要用检测仪表测量出输出电压， 即可得知被测压力的大小。,2. 变隙式差动电感压力传感器,
