电感式传感器

电感
缺点：
频率响应较低，不宜快速动态 测量；
分辨力与测量范围有关，测量 范围小，分辨力高，反之则低。
电压、电流
2/24/2020
电气测试技术
分类:
电感式传感器
自感型
机械工业出版社
变间隙型自 感传感器
变面积型自 感传感器
互感型
螺线管型自 感传感器
差动变压器 式传感器
2/24/2020
电涡流式传感器 压磁式传感器
由线圈、铁心和衔铁所组成。线圈是套在铁心
上的。在铁心与衔铁之间有一个空气隙 ，其
厚度为 。根据磁路的基本知识，传感器线圈的
电感量可按下式计算：
* L Rm

2


Rm
其中 Rm
Fra Baidu bibliotek
式中，N 为线圈匝数； Rm 为以平均长度表示的
磁路的总磁阻。如果空气隙厚度较小，而且
不考虑磁路的铁损，则总磁阻为：
Rm
li
iSi
2 0S
式中，
l i
i
为各段导磁体的磁路平均长度； 为各段导磁体的磁导率；
S i 为各段导磁体横截面积；
0 为空气隙的磁导率( 0 = 4109H/cm)；
S 为空气隙截面积。
因为一般空气隙的磁阻比导磁体的磁阻大很多，故在
计算时，可忽略导磁体磁阻，则有： L
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3.3.1.2 差动式电感传感器
由于自感传感器具有初始电感，线圈流向负载的电流不为零，衔铁 永远受有吸力，线圈电阻受温度影响引起温度误差，灵敏度低等缺点。 因此，实际中应用较少，常用差动自感传感器。
差动自感传感器：用两个相同的传感线圈共用一个衔铁,构成差动式 电感传感器,这样可以提高传感器的灵敏度,减小测量误差。
l 23
4
4
3
l
3
l2 a)
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4
b)
c)
图 差动式电感传感器
a) 变间隙型 b) 变面积型 c) 螺管型
1-线圈 2-铁芯 3-衔铁 4-导杆
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变气隙式差动自感传感器的特性分析
变气隙式差动自感传感器原理见图3-26.它由一个公
共衔铁和上、下两个对称的线圈L1和L2组成。
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2. 变截面积式自感传感器的工作特性
铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变化面改变，
导致线圈的电感量发生变化，这种形式称之为变面积型电
感传感器，见图1。L与δ是非线性的，但与S成线性，特性
曲线参见图。
2
1
L
3
δ
k dL N20 dS 2
L=f(S)
当 0 时，电感变化量为：
LLL0L00 其L 0中 N 2 0S/2 (0)
L0
当/01时
0
( 1
1

0
)
L0 0[1 0 ( 0)2]
L0[ 0 ( 0)2( 0)3]
电气测试技术 机械工业出版社 3.3.1 自感式传感器
3.3.1.1 简单自感式传感器的原理及特性
图3-25是简单自感传感器结构的示意图
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图3-25 简单自感传感器结构示意图 a）变气隙式 b）变面积式 c）螺管式
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自感式电感传感器的原理及特性
右图是简单自感传感器结构的示意图。它

N 20S
2
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1. 变气隙式自感传感器的工作特性
由上页分析可知线圈的电感值可
近似地表示为 L N 20 A 2
因此，其灵敏度随气隙的增大而减小。
变气隙式自感传感器的工作特性
L N20S 2(0 )

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电气测试技术 机械工业出版社 3.3 电感式传感器
电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现测量 的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、 力矩等各种非电物理量。
位移、振动、压力、流量、重量、力矩
优点：
结构简单，寿命长；
灵敏度高（1mm ： → 几百 mV）； 分辨力好（0.01μm）； 重复性好，线性度优；
若仅考虑二次方非线性，其非线性误差为：
rl2
L0
0 LL00[ 00 ( 0 )2]10% 0 0 10% 0
由此可看出变气隙式自感传感器的特点：灵敏度高，测量范围 小，但非线性误差大，为减小非线性误差， /0 不能太大，通
常取 /00.1~0.2 为宜。
差动自感传感器仅含奇次方非线性项，其三次方非线性误差为：
非线性得到很大的改善。
同理，变面积式和螺管式差动自感传感器也 能得到提高灵敏度和改善线性度的同样的结论。
l3
()2 0
同理当 0 时，电感变化量为： LL 0[ 0 ( 0)2 ( 0)3 ( 0)4 ]
式中第一项为线性项，其灵敏度为： k L L0 0
而第二项以后是非线性项，含有n次方的非线性。
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线圈电感量与衔铁进入线圈的长度可表示为
L42N2l l2
r2(m1)lara2
通过以上分析可得结论:
l
2
I. 变间隙型灵敏度较高,但非
x
线性误差较大；
2ra r
1
螺管型电感传感器
1-线圈 2-衔铁
II. 变面积型灵敏度较小,但线 性较好,量程较大；
III. 螺管型灵敏度较低,但量程 大且结构简单。
图1 变面积型电感传感器
1-衔铁 2-铁芯 3-线圈
L=f(δ) δ, S
图2 电感传感器特性
由此可看出变截面积式自感传感器的特点：
测量范围较大，非线性误差 小，但灵敏度较低。
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3. 螺管式自感传感器的工作特性
下图为其结构原理图，衔铁随被测物移动，引起磁阻发 生变化，导致电感量改变。
当衔铁向上位移 ，在差动自感传感器中，电感
变化量： L L 1 L 2 2 L 0 [ ()3 ()5 ]
0
0
0
上式中第一项是线性项，其灵敏度为：k L 2L0
0
图3-26 变气隙式差动自感传感器
可见，差动自感传感器的灵敏度是简单自感传感器的2倍。