电感传感器（上）

CHF-357672

知识导图：

电感传感器是基于电磁感应的原理，将被测的非电量（压力、振动、位移等）转化为电感量的一种结构型传感器。有利用自感原理的自感式传感器（可变磁阻式传感器），利用互感原理的互感式传感器（差动变压器式传感器和涡流式传感器）和感应同步器，利用压磁效应的压磁式传感器。

知识点1-自感式传感器的工作原理

可变磁阻式传感器属于自感式传感器，它的构造如图，由线圈、铁芯、衔铁组成。铁芯与衔铁间有一空气隙。由电工学知识：

W为线圈的匝数，Rm为磁路的总磁阻。

当空气隙δ较小，且不考虑铁损时，磁路的总磁阻：

l为铁芯的长度，μ为铁芯的磁导率；A为铁芯横截面积；δ为空气隙长度，μ0为空气的磁导率，A0为空气隙导磁横截面积。μ远远大于μ0，所以：

综合上式

可以看出，自感L与气隙δ成反比，与气隙导磁截面积A0成正比。

固定A0，变化δ，可构成气隙式传感器。但要注意自感L与气隙δ非线性关系，此时传感器的灵敏度为

可见灵敏度并非定值，它与气隙长度δ成反比。为了减小非线性误差，实际应用中Δδ/δ0小于等于0.1（δ0为初始的气隙长度）。所以这种传感器只适用于小位移的测量，一般为0.001~1mm。

也可固定δ，变化A0，构成变截面型传感器，它的灵敏度为


知识点2-自感式传感器的结构与应用

常见的可变磁阻式传感器的结构：

a为可变导磁面积型其自感L与成线性关系，这种传感器灵敏度较低；

b为差动型可变磁阻式传感器，当衔铁有位移Δδ时，两线圈的间隙分别由δ0变为δ0±Δδ。因而一边自感增大，另一边减小。将他们接于电桥的相邻桥臂，输出的灵敏度比普通气隙式传感器提高了一倍，其线性也得到了改善。

c为单臂螺线管型传感器，铁芯在线圈中运动，改变磁阻，也使线圈的自感发生变化。这种传感器结构简单，制造容易，但灵敏度较低。适用于较大位移的测量（但往往也只有数毫米）。

d为双螺线管差动型传感器，比单臂螺线管型有较高灵敏度和线性，被用于电感测微计上。测量范围在0~300μm，最小分辨力为0.5μm。

知识点3-互感式传感器——差动变压器式传感器

互感式传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测位移转换为线圈互感的变化。它本身是一个变压器，其一次绕组接入交流电源，二次绕组为感应线圈。当一次绕组的互感变化时，输出电压将作相应的变化。

实际的互感传感器通常采用两个次级线圈，接成差动式，故称为差动变压器式传感器。

差动变压器式传感器由一次绕组L和两个参数完全相同的二次绕组L1、L2组成。线圈中心插入圆柱形铁芯，两个二次绕组L1、L2反极性串联。这样当一次绕组上加入交流电压时，如果e1=e2，则输出电压（两二次绕组的电压差值）e0=0；铁芯向上运动时，e1＞e2；铁芯向下运动时，e1＜e2。而铁芯偏离中间位置越大，则e0越大。输出特性如图c。

由于差动变压器式传感器的输出电压是交流量，虽铁芯向上向下时，电压方向不同，但毕竟是交流电压，表现为电压的反相（相位相差180度），如用交流电压表指示，无法得到运动方向，只能得到大小。同时，交流电压输出存在一定的零点参与电压，所以铁芯处于中间位置时，输出也不为零。为了解决这些问题，差动变压器式传感器的后接电路采用差动直流输出电路。下图为用于小位移的差动相敏检波电路的工作原理。

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