自感式传感器
3电感式_自感式传感器解析
1 2
l 2 x
r
δ
3
2ra
1
变间隙型、变面积型
图4-1 变间隙型电感传感器
1-线圈 2-铁芯 3-衔铁
图4-4 螺管型电感传感器
1-线圈 2-衔铁
螺管型
一、工作原理（变间隙型）
传感器由线圈、铁心和衔铁组成。 铁芯衔铁用高导磁率的金属制成，二者之 间由空隙δ 隔开。工作时衔铁与被测物体 连接，被测物体的位移将引起空气隙的长 度发生变化。由于气隙磁阻的变化，导致 了线圈电感量的变化。线圈的电感可用下
当衔铁上移，上部线圈阻抗增大，Z1=Z+△Z，则下部线圈阻抗减少， Z2=Z-△Z。如果输入交流电压为正半周，设A点电位为正，B点电位为负， 二极管V1、V4导通，V2、V3截止。在A-E-C-B支路中，C点电位由于Z1增大 而比平衡时的C点电位降低；
而在A-F-D-B支中中，D点电位由于Z2的降低而比平衡时D点的电位 增高，所以D点电位高于C点电位，直流电压表正向偏转。
四、转换电路
1、调幅电路
调幅电路一般为交流电桥，是主要的测量电路，它的作用是 将线圈电感的变化转换成电桥电路的电压或电流输出。 前面已提到差动式结构可以提高灵敏度，改善线性，所以交 流电桥也多采用双臂工作形式。通常将传感器作为电桥的两个工 作臂，电桥的平衡臂可以是纯电阻，也可以是变压器的二次侧绕 组或紧耦合电感线圈。
当衔铁上移时：L2 L0
0
有下式：
L2 ( )2 ( )3 ...... L0 0 0 0
忽略高次非线性项Δ L与L0和Δ δ 成线性关系。同时由 于Δ L1与Δ L2不等，故在测量范围较小时，测量精度才高， 故此类适于小位移测量。
第四章电感式传感器第一节自感式传感器
（2）变压器电桥
电桥的两个平衡臂为变压器的两个副边。电 桥的输出与前面交流电桥类似。
１、工作原理 气隙型电感传感器由线圈、铁芯和衔铁
组成，工作时，气隙厚度δ随衔铁运动而变
化，引起磁阻变化（故又称为磁阻式传感 器），从而导致电感变化而在线圈中产生感 应电动势。
线圈电感为：
式中，N 为线圈匝数； 为R m磁、工作原理
假设气隙磁场是均匀的，在忽略磁路铁损后， 磁路的总磁阻为:
式中， 为铁芯磁路总长， 为衔铁磁路总长，
δ为气隙厚度，
分别为铁芯、衔铁、真空磁导率， 分别为铁芯、衔铁、气隙的截面积。
一、变磁阻式电感传感器
１、工作原理
将总磁阻代入电感公式，得
由于
,则上式可简化为：
由公式可知，电感 L 是气隙截面积 A 和长 度δ 的函数。由此可制成两种类型的传感器：
变气隙型和变截面型。
第四章 电感式传感器
§4-1 自感式传感器 §4-2 差动变压器式传感器 §4-3 电涡流式传感器
第四章 电感式传感器
概述
【能量变换】属能量控制型传感器
第四章 电感式传感器
概述
【原理】是利用线圈自感和互感来实现非电量 的电测。
【用途】检测位移、振动、压力、应变、流量 和比重等
【类型】自感式、互感式和电涡流式。 【特点】结构简单、分辩率高、输出信号强、
１、单线圈型工作原理
（1）螺管内未插入铁芯时，螺管线圈的电感为
式中 r —— 螺管半径； l —— 螺管圈长度。
二、螺管型电感传感器
１、单线圈型工作原理
（2）当铁芯插入长度 lx 等于线圈长度 l 时，
线圈电感为:
二、螺管型电感传感器
自感式传感器的基本结构
自感式传感器的基本结构
自感式传感器是一种常见的传感器类型，其基本结构包括以下几个主要组成部分：
1. 线圈（Coil）：线圈是自感式传感器的核心部件，由导线或线圈绕制而成。
线圈的导线通常采用导电性能良好的金属材料，如铜线或银线。
线圈的绕制方式和形状会根据具体的应用需求进行设计。
2. 芯片（Chip）：芯片是自感式传感器中的电路部分，包括信号处理、放大和解码等功能。
芯片通常采用集成电路技术，用于对线圈感应到的信号进行处理和转换，以提取有用的信息。
3. 驱动电源（Drive Power）：驱动电源为自感式传感器提供工作所需的电能。
传感器的工作电源可以是直流电源或交流电源，具体取决于传感器的设计和应用场景。
4. 外壳（Housing）：外壳是自感式传感器的保护壳体，用于固定和保护传感器的内部结构。
外壳通常由耐用的材料制成，如金属或塑料，以保证传感器的稳定性和可靠性。
5. 连接器（Connector）：连接器用于将自感式传感器与外部电路或设备连接起来，实现信号的传输和控制。
连接器通常采用标准化接口，方便与其他设备进行连接。
以上是自感式传感器的基本结构，不同类型的自感式传感器在具体结构上可能有一些差异，但总体原理是通过感应线圈中的变化电磁场来检测目标物体的参数或状态。
自感型电感式传感器及其应用
自感型电感式传感器及其应用摘要随着信息时代的到来，信息技术对社会发展、科学进步起到了决定性的作用。
信息技术的基础包括信息采集、信息传输与信息处理，而信息的采集离不开传感器技术。
近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。
作为新型传感器的一种——变磁阻式传感器，对其深入研究也就更加愈加重要。
本文磁阻式传感器的基本概念入手，着重讨论了电感式、变压器式和电涡流式三种传感器的工作原理、输出特性、测量电路及其在生活中的实际应用。
旨在帮助我们利用传感器知识更好的改善生活，提高生活质量，从而促进社会进步。
关键词：变磁阻式传感器；电感式；变压器式；电涡流式；原理；应用AbstractWith the advent of the information age, information technology played a decisive role on social development, scientific progress. The foundation of information technology includes information collection, information transmission and information processing, and information collection cannot ignore the sensor technology. In recent years, the sensor is in the stage of development from traditional to new. Magnetic resistance sensor as a kind of new type of sensor, the research of it is becoming more and more important. This paper started with the basic concept of magnetic resistance sensor, and discussed the inductive, transformer and the eddy current type of the sensor's working principle, output characteristics, measurement circuit and the actual application in the life. Using sensors aimed at helping us improve life, also to promote social progress.Keywords：Magnetic Resistance Sensor; Inductive; Transformer; Eddy Current Type; Working Principle Application1.自感式电感传感器1.1自感式电感传感器定义自感式电感传感器，利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的传感器。
自感式压力传感器工作原理
自感式压力传感器工作原理自感式压力传感器，这名字听起来挺复杂吧？它的工作原理说白了就是通过感应压力的变化来输出信号。
想象一下，生活中我们常常会用手去感受压力，像是按压一块海绵，海绵受力后就会变形，这样的道理在自感式压力传感器身上也有相似的表现。
它就像一个特别敏感的小伙伴，随时准备捕捉周围的变化。
它的核心部分其实是一种特殊的材料，通常是导电的。
这个材料在受到压力的时候，电阻值就会发生变化。
这就好比你踩在沙滩上的时候，脚印会随着你的体重而变化，传感器也在实时“记录”这些变化。
当压力加大，它的电阻值增大，而压力减小，电阻值就会降低。
通过这些电阻的变化，传感器能够将压力转换成电信号，进而被其他设备识别。
这就像你发了一条消息给朋友，朋友立刻收到了一样，信息传递得很快。
最有趣的就是它的灵敏度。
自感式压力传感器可以感应到非常细微的压力变化，简直是压力界的小侦探！无论是轻轻一按，还是重重一击，它都能精准捕捉到。
想想看，这让它在很多领域都能派上用场，像是汽车、医疗设备、工业自动化等，真是各行各业的“多面手”。
就好像你去吃自助餐，什么都有，总能找到适合自己口味的。
不过，使用这类传感器也有一些讲究。
传感器的选择得看具体的应用场景。
有些地方需要抗干扰能力强的，有些则对响应速度要求高。
就像挑选鞋子一样，要根据自己的需求来选合适的款式。
再说了，这种传感器还得在适当的温度和湿度下工作，过于极端的环境可不好使。
换句话说，就是要给它创造一个“舒适”的工作环境，才能发挥它的“终极”实力。
在我们的日常生活中，其实也可以见到自感式压力传感器的身影。
比如说，你的手机屏幕就是个典型的应用。
想想你轻轻一滑，屏幕就能迅速反应，背后就有这个小家伙在默默地工作。
又或者是在家里的智能家居系统，随着你调节温度，它也能准确反馈出你所需的舒适度，真是为生活添彩。
自感式压力传感器也不是万能的，面对某些极端情况，它也可能会“打瞌睡”。
比如过大的压力、过高的温度，都会让它变得不那么敏感。
自感式传感器的变压器电桥转换电路的原理
自感式传感器的变压器电桥转换电路的原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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自感式传感器工作原理
自感式传感器工作原理一、引言自感式传感器是一种常见的传感器类型，广泛应用于工业、医疗、航空航天等领域。
其工作原理是基于电磁感应原理，通过测量磁场的变化来检测物体的位置或运动状态。
本文将详细介绍自感式传感器的工作原理。
二、电磁感应原理电磁感应是指导体内部或周围的电场和磁场相互作用时所产生的现象。
根据法拉第电磁感应定律，当导体中存在变化的磁场时，就会在导体内部产生电动势，并且这个电动势大小正比于磁场变化率。
三、自感式传感器结构自感式传感器通常由线圈和铁芯组成。
线圈通常采用多层绕制，铁芯则是一个环形或U形结构。
当物体靠近传感器时，会改变铁芯中的磁场分布，从而改变线圈中的自感系数。
四、自感系数自感系数是指线圈中每单位长度上通过单位面积所产生的电动势。
它可以表示为：L = NΦ/I其中L为自感系数，N为线圈匝数，Φ为线圈中的磁通量，I为线圈中的电流。
五、自感式传感器工作原理当物体靠近传感器时，铁芯中的磁场分布发生变化，从而改变了线圈中的自感系数。
由于自感系数与磁场强度成正比，因此当物体靠近时，线圈中的电动势也会发生变化。
这个变化可以通过测量线圈中的电压或电流来检测。
六、应用举例自感式传感器可以用于检测物体的位置或运动状态。
例如，在汽车制造过程中，可以使用自感式传感器来检测车轮是否正常旋转。
在医疗领域，可以使用自感式传感器来检测人体内部器官的位置和运动状态。
七、总结自感式传感器是一种基于电磁感应原理的传感器类型。
其工作原理是通过测量磁场的变化来检测物体的位置或运动状态。
通过了解自感系数和铁芯结构等关键参数，可以更好地理解和应用这种传感器。
传感器与检测技术：自感式传感器测量电路
U 0
Z2 Z1 Z2
1 2
U i
Z1 Z2 Z0
U 0 0
任务二 自感式 传感器测量电 路
变压器电桥电路
传感器衔铁向上移动时
输出电压为 在电源激励电压恒定的情况下， 电桥输出电压与电感传感器输入 位移成正比，但不能反应位移方 向
Z1 Z2 Z0
U i Uimsint
U 0 0
任务二 自感式传感 器测量电路
带有相敏检波的交流电桥
一．衔铁向上移动时
电源电压正半周期，VD1、VD4导通，VD2 、VD3截止,输出电压为
Z1 Z0 Z Z2 Z0 - Z
U 0
Z 2Z 0
U i
任务二 自感式传感器测量电路
Z1 Z0 Z
NEW
自感式传感器测量电路
任务二 自感式传感器测量电路
交流电桥电路
Z1 Z Z Z2 Z - Z
Z1、Z2为传感器阻抗 传感器衔铁向上移动时 当ZL→∞时，电桥的输出电压为： 交流电桥的输出电压与传感器线圈的 电感相对变化量成正比
•
•
Uo
U
L
任务二 自感式传 感器测量电路
变压器电桥电路
任务二 自感式传感器测量电路
3.带有相敏检波的交流电桥
(2)衔铁向下移动时
正半周期和负半周期，电桥输 出电压均为负值
采用带相敏检波的交流电桥电
路，输出电压既能反应位移的
大小，也能反应位移的方向 （a）带有相敏检波的交流电
桥
（b）交流电源负半
周期
Z
U0
2Z 0
自感式位移传感器
第6章电感式传感器6.1自感式电感传感器6.1.1工作原理自感式电感传感器由线圈、铁芯和衔铁组成，铁芯与衔铁之间留有空气隙δ，衔铁与运动部件相连，如图6.1.1所示。
当衔铁随被测量变化上下移动时，由于间隙δ的变化使磁路的磁阻发生变化，从而引起线圈电感量L的变化。
当传感器与测量电路连接后，可将电感量的变化转化成电压、电流或频率的变化，实现由非电量到电量的转换。
可见，自感式传感器实质上是一个具有可变气隙的铁心线圈。
按磁路几何参数变化形式的不同，目前常用的自感式传感器有变气隙式、变面积式和螺管式。
图6.1.1自感式传感器原理图根据电磁感应原理，当线圈的匝数为W,磁路的总磁阻为时，线圈的电感量为（6.1.1）由于自感式传感器的气隙δ通常较小，可以认为气隙磁场是均匀的，若忽略磁路铁损，总磁阻由铁芯、衔铁的磁阻和空气隙的磁阻组成，即（6.1.2）式中、、——铁芯和衔铁的磁路长度、横截面积和导磁率；、A、——空气隙的厚度、导磁横截面积和导磁率。
由于>>，则（6.1.3）于是自感量L可表示为（6.1.4）由此可知，当线圈匝数W确定后，自感L与气隙导磁截面积A成正比，而与气隙δ成反比。
若保持A不变，则电感L是δ的单值函数，这就是变气隙式自感传感器的工作原理。
变气隙式自感传感器的灵敏度(6.1.5）可见，变气隙式自感传感器的输出特性是非线性的，如图6.1.2所示。
(6.1.5）可见，变气隙式自感传感器的输出特性是非线性的，如图6.1.2所示。
图6.1.2自感式传感器的工作特性为提高灵敏度，并保证一定的测量范围与线性度，对变气隙式自感式传感器，常取=0.1～0.5mm，。
工作特性讨论（了解更多）图6.1.3是保持气隙厚度δ不变，使气隙导磁截面积A随被测量而变，即构成变面积式自感传感器，其自感L与A呈线性关系。
常数(6.1.7)因此测量范围广，与变气隙式相比较，其灵敏度较低。
图6.1.3变面积式自感传感器原理图图6.1.4是螺管式自感传感器结构原理图，铁芯在线圈中运动时，总磁阻将发生变化，从而引起自感发生变化。
自感式传感器
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；
Aபைடு நூலகம்—铁芯、衔铁、气隙的截面积；
μ0——空气的导磁率； d——气隙的厚度。
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即
l 2d 1 0 A0 1 A1 l2 2d 0 A0 2 A2
2、电感式力与压力传感器—— 变气隙式结构
F
L
A
P
变气隙式差动压力传感器
P
• 3、电感式圆度仪
传感器3与精密主轴2一起回转，主轴2精度很高，在理想 情况下可认为它回转运动的轨迹是“真圆”。当被测件1 有圆度误差时，必定相对于“真圆”产生径向偏差，该偏 差值被传感器感受并转换成电信号。载有被测件半径偏差 信息的电信号，经放大、相敏检波、滤波、A／D转换后 送入计算机处理，最后数字显示出圆度误差；或用记录仪 器 记录下被测件的轮廓图形(径向偏差)。
R C L Z
图中，L为线圈的自感，R为折合有功电阻的总电阻，C为
并联寄生电容。 上图的等效线圈阻抗为
j ( R jL) C Z j R jL C
将上式有理化并应用品质因数Q=ωL/R，可得
2 LC 2 jL 1 LC 2 Q R Z 2 2 2 2 LC LC 2 2 2 2 (1 LC ) (1 LC ) Q Q
此变面积自感传感器自感L为
N 2 0 N2 L A K A 2d 2d 0 A
变面积式自感传感器在忽略气隙磁通边缘效 应的条件下，输入与输出呈线性关系；因此可望 得到较大的线性范围。 但是与变气隙式自感传感器相比，其灵敏度 降低。 灵敏度
自感式传感器
当线圈匝数W一定时，有 L f (,l, S) 。当固定其中任 意两个参数而改变另一个变量时，可制成一种自感式传感器 ----即有三种类型：变气隙型、变截面型和变磁导率型。
2.输出特性
保持磁导率μ和气隙有效截面积S不变，只改变气隙长度l，即以 气隙长度l为传感器的输入量，可制成变气隙型自感式传感器，常用 于微小线位移的测量。
以上的高次项，则自感值变化量△L与位移△l成比例关系。
此时，根据灵敏度定义，有:
Kl
L l
L0 l0
W 20
2l02
S
(3.15)
2）非线性误差
若用式(3.15)近似求取灵敏度，由于忽略了式中的高 次非线性项，会产生非线性误差。其大小为:
r [ l ( l )2 ]100%
l0
l0
（3.16）
r
l
图3.4 螺管式自感传感器的结构原理
特性分析（简要介绍）
设螺线管长为l，内径为r，线圈总匝数为Ｗ，线圈总电流强度 为Ｉ。根据磁路结构，磁路磁通主要由两部分组成：主磁通和漏磁 通（或称侧磁通）。
为研究方便，设r << l ，且认为线圈磁路上磁感应强度Ｂ均匀 分布。当线圈空心时，其电感值可近似为：
由式(3.15)和式(3.16)分析可知：要提高灵敏度，气隙初始距离 l0 应尽量
小。但 l0减小，为使灵敏度非线性误差不变，必使测量的范围△l变小。
一般对于变气隙型自感传感器，常取： △l /l0=0.1~0.2。
与变截面型自感式传感器相比，变气隙型自感式传感 器的灵敏度较高；但其非线性严重，自由行程小，制造装
L0
0W 2r 2
l
(主磁通引起 )
(3.23)
当半径为rc ，磁导率为μm的铁芯插入螺管线圈时，插入部分（长
自感式传感器
1.2自感式传感器的测量转换电路
为了测出电感的变化，同时也为了将电 感送入下级电路进行放大和处理，自感式传 感器要用测量转换电路把电感转换为电流或 电压的变化量。
自感式传感器的测量转换电路一般采用 调幅电路，调幅电路主要包括变压器电桥电 路和交流电桥电路。而调频电路和调相电路 用得较少。
2021年3月14日星期日
由式3-2可知理论上电感量L与气隙截面积A成正比
2021年3月14日星期日
3.螺线管式自感传感器
1）电感量L与衔铁插入深度l1成 正比（在螺线管中部时） 2）适应于测量较大位移 3）灵敏度较低
上述三种传感器的线圈中均通有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电磁 吸力，会引起附加误差，且非线性误差较大。另外，外界的干扰(如电 源电压、频率、温度的变化)也会使输出产生误差，所以在实际工作中 常采用差动形式，这样既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小测量误 差。
2021年3月14日星期日
F
准备工作
220V
电感传感器的基本工作原理演示
2021年3月14日星期日
电感传感器的基本工作原理演示
F
2021年3月14日星期日
气隙变小，电感变大，电流变小
电感传感器的基本工作原理
当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，线圈 的电感量L和感抗XL 较小，所以电流I 较大。当铁心 闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。
图3-7变压器式交流电桥
2. 交流电桥电路 图3 - 8所示为交流电桥电路,及其输出特性曲线，由于交流 电桥电路的结构不完全对称，初态时电桥不完全平衡，因而 产生静态偏压，称为零点残余电压。
Z1
U
Z3＝R
Z2
Z4＝R
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自感式传感器.
自感式传感器1．基本变间隙自感式传感器基本变间隙自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁组成，结构如图2.18所示。
工作时衔铁与被测物体连接，被测物体的位移将引起空气间隙长度发生变化。
由于气隙磁阻的变化，导致了线圈电感量的变化。
线圈的电感可用下式表示mR N L 2= (2.29) 式中，N 为线圈匝数，Rm 为由铁芯、衔铁与空气间隙三部分组成的总磁阻。
图2.18 基本变间隙自感式传感器设传感器的初始间隙长度为0δ，面积为0S ，当衔铁上移δ∆时，传感器气隙长度减小δ∆，即δδδ∆-=0，则此时输出电感为L L L ∆+=0。
线性化处理后的电感相对增量为00δδ∆=∆L L （2.30） 电感相对增量灵敏度K 为01/δδ=∆∆=L L K (2.31) 由式(2.31)可知，0δ越小，灵敏度越高；但0δ越小，线性度变差。
从变间隙式电感传感器的测量范围看灵敏度与线性度相矛盾。
综合考虑，变间隙式电感传感器用于测量微小位移时是比较准确的。
为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变间隙式电感传感器。
2．差动变间隙式传感器如图2.19所示为差动变间隙式电感传感器的结构原理图，它采用两个相同的传感器共用一个衔铁组成。
测量时，衔铁通过导杆与被测体相连，当被测体上下移动时，导杆带动衔铁也以相同的位移上下移动，使两个磁回路中磁阻发生大小相等、方向相反的变化，导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式。
图2.19 差动变间隙式电感传感器差动形式输出的总电感变化量近似为00212δδ∆=∆+∆=∆L L L L （2.32） 电感相对变化量为02δδ∆=∆L L （2.33） 则电感相对增量灵敏度K 为 δδ20=∆∆=L LK （2.34） 比较单线圈式和差动式两种变间隙式电感传感器的特性，可以得到如下结论：(1) 差动式比单线圈式的灵敏度提高一倍；(2) 差动式的线性度得到明显改善。
为了使输出特性能得到有效改善，要求构成差动式的两个变隙式电感传感器在结构尺寸、材料、电气参数等方面均完全一致。
自感式传感器
2020/11/30
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自感式传感器
2020/11/30
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1．变气隙式（闭磁路式）自感传感器
由电感式可知，变气隙长度式传感器的线性度差、示值 范围窄、自由行程小，但在小位移下灵敏度很高，常用 于小位移的测量。
1—线圈 2—铁芯 3—衔铁
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2．螺线管式（开磁路式）自感式传感器
，
为磁导率，S为磁路截面积 ，NIS为/l 磁 路总长度。
l
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线圈的电感量
Rm
2 0 s0
为磁路的磁阻
L N 2 N 20S
Rm
2
变磁阻式传感器
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6
结论
只要被测非电量能够引起空气隙长度或等效截面积发生 变化，线圈的电感量就会随之变化。
电感式传感器从原理上可分为变气隙长度式和变气隙截 面式两种类型，前者常用于测量直线位移，后者常用于 测量角位移。
当活动铁芯向 线圈的一个方 向移动时，传 感器两个差动 线圈的阻抗发 生变化，等效 电路如图4-9 所示。
铁芯向线圈一个方向移动时的等效电路
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21
结果
在Ui的正半周
Uo
VD
VC
Z 2Z0
1
(
1 Z
)2
Ui
2Z0
在Ui的负半周
Uo
VD VC
Z 2Z0
1
(
1 Z
)2
Ui
Z 2Z0
•
L •
差动式自感传U感o 器 采 用2L变0 U压2器交流电桥为测量电路时，电桥输
出电压既能反映被测体位移量的大小，又能反映位移量的方向，
自感式电感传感器的工作原理
自感式电感传感器的工作原理自感式电感传感器是一种常见的传感元件，具有广泛的应用领域。
它主要通过电感的变化来感知环境的物理量或电气信号，并将信号转化为可供其他电路或系统使用的电信号。
本文将介绍自感式电感传感器的工作原理及其应用。
自感式电感传感器由线圈和铁芯组成。
线圈上有一定的匝数，当电流通过时，会产生磁场。
这个磁场的强弱与线圈的电流成正比。
当外部物理量或电气信号改变时，线圈的电流或电压也会改变，从而影响磁场的强度。
这种改变可以通过测量磁场的变化来感知外部物理量或电气信号。
具体来说，当自感式电感传感器与外界物理量或电气信号有耦合时，会引起线圈中的电感变化。
这种变化可以通过测量线圈中电流的变化来获取。
例如，当自感式电感传感器被放置在一个变化的磁场中时，线圈中的电感将随磁场变化而变化，进而导致线圈中的电流变化。
通过测量线圈中电流的大小或变化，可以得到与磁场强度相关的信息。
自感式电感传感器还可以应用于电气信号的检测。
当自感式电感传感器与电气信号耦合时，线圈中的电感也会发生变化。
通过测量线圈中的电感变化，可以得到与电气信号强度相关的信息。
这种应用广泛应用于电源管理、电子系统监控和无线通信等领域。
自感式电感传感器的工作原理基于电磁感应定律和电感变化的原理。
根据电磁感应定律，当线圈中有变化的外磁场时，会在线圈中产生感应电动势。
这个感应电动势的大小与磁场的变化速率成正比。
因此，通过测量线圈中的感应电动势或电流的变化，可以间接地获取外部物理量或电气信号的信息。
在实际应用中，自感式电感传感器可以采用不同的工作方式。
例如，可以通过改变线圈的参数如匝数、线径等来调节传感器的灵敏度。
还可以利用激励信号和检测信号实现传感器的工作。
激励信号可以是交流信号或脉冲信号，用于激发线圈中的电流。
检测信号则用于测量线圈中的电流或感应电动势的变化。
总之，自感式电感传感器是一种基于电感变化原理的传感器。
它通过感知线圈中的电流或感应电动势的变化来获取外部物理量或电气信号的信息。
自感式传感器差动变压器电涡流传感器压磁式传感器
3.1 自感式传感器 3.1.1 单线圈自感传感器
自感式传感器亦称变隙式自感传感器或变磁 阻式自感传感器，根据铁芯线圈磁路气隙的改变， 引起磁路磁阻的改变，从而改变线圈自感的大小。 气隙参数的改变可通过改变气隙长度和改变 气隙截面积两种方式实现。传感器线圈分单线圈 和双线圈两种。
图3-1单线圈变气隙式长度自感传感器
L1 L0 L
，则两线圈自感分别为
L2 L0 L
差动自感传感器的输出特性示意图如图所示。
图3-4 差动自感传感器的输出特性示意图
采用差动结构能带来的好处：将传感器两线圈 接入交流电桥的相邻两臂
图3-5 差动自感传感器接入交流电桥
，L L L ， 初始时，衔铁处于中间位置， 即 Z Z R jL ,而 Z Z R 是固定臂，于 是电桥平衡，输出电压 U =0。 当衔铁偏离中间位置 时，两线圈电感量 (或阻抗)一增、一减
根据磁路知识，线圈自感L可按下式计算
N2 L Rm
与电阻串联类似，串联磁路磁阻为各环节磁阻 之和 l l 2
Rm
A
1
A
2
0 A
实际上由于铁芯工作于非饱和状态，此时铁芯 的磁导率远远大于空气的磁导率，因而磁路的 总磁阻主要由气隙的磁阻所决定。即可认为
Rm 2 0 A
1 2 0
1
2
0
1
2
0
0
3
4
o
Z1 R0 j( L0 L)
Z2 R0 j( L0 L)
此时电桥失衡，有电压输出，输出为
Z1Z 4 Z 2 Z3 U i jL U0 Ui ( Z1 Z 2 )(Z3 Z 4 ) 2 R0 jL0
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移量的大小和方向。
8
l1 S1
1 L 2 W l2 1 —线圈；
2 —铁芯(定铁芯)； 3 —衔铁(动铁芯)
S2
±
3
9
线圈中电感量可由下式确定：
W L I I
式中， 为线圈中磁链（Wb）；I为通过线圈的电流（A）； W为线圈的匝数。
根据磁路欧姆定律：
IW Rm
式中, Rm为磁路总磁阻。
Uo
Z ＝ Z U (L L ) U 1 2 2( Z1 Z2 ) 2Z
30
Z1
Z3＝R
U
Z2
Z4＝R
＝U Z1 － R U0 Z1＋Z2 R R
Uo
交流电桥测量电路
31
进行线性处理后, 即忽略高次项得
L 2 L0 0
16
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与 K0
衔铁上移
切线斜率变大
L
衔铁下移
切线斜率变小
L 1 L0＋L L0 K0 1 0 0 L0
2 0
L0－L
L 2 L0 － ＋ 1 K0 1－ － 0 0 0
，因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。
20
3.1.3 变面积式自感传感器
传感器气隙长度保持不变，令磁通截面积随被测非电 量而变，设铁芯材料和衔铁材料的磁导率相同，则此 变面积自感传感器自感L为
L W2 l l W 2 0 s K s l l / r
0 s
灵敏度
0
0
，
W 2 0 s0 L L0 L 2( 0 )
L0 1
0
13
14
/ 0 上式用泰勒级数展开成如下的级数形式 1
2 L L0 L L0 1 0 0
o
17
与线性度
2 3
衔铁上移：
L L0 非线性部分 0 0
衔铁下移：
L － － L0 非线性部分 0 0
将上式有理化并应用品质因数Q=ωL/R，可得
2 LC jL1 2 LC 2 Q R Z 2 2 2 2 LC LC 2 2 2 2 (1 LC ) (1 LC ) Q Q
10
气隙厚度较小，可以认为气隙磁场是均匀的，忽略磁路铁损， 则总磁阻为：
Rm li /i Si 2 / 0 S
l i ——各段导磁体的长度；μi——各段导磁体的磁导率； S i ——各段导磁体的截面积；δ ——空气隙的厚度； μ0 ——真空磁导率；S ——空气隙截面积
L W / li / i S i 2 / 0 S
2 4
19
对上式进行线性处理，即忽略高次项得
L 2 L0 0
灵敏度k0为
L / L 0 2 k0 0
以上高次项，差动式是忽略 0
2
（1）差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈式传感器的2倍。
以上高次项
3
（2）单线圈是忽略 0
将 L 2 L0
0
代入式 U o
Z ＝ Z U (L L ) U 1 2 2( Z1 Z2 ) 2Z
2 L U0 0
0
电桥输出电压与Δδ成正比关系。
32
3.调幅电路
(1) 变压器电路
输出空载电压 Z1 Z 2 Z，u0 0
u/2
1. 自感式传感器的等效电路
自感式传感器的线圈并非是纯电感，有功分量包括： 线圈线绕电阻和涡流损耗电阻及磁滞损耗电阻，这些都可 折合成为有功电阻，其总电阻可用R来表示；无功分量包 含：线圈的自感L, 绕线间分布电容C。
27
R C L Z
电感式传感器的等效电路
28
等效线圈阻抗为
j ( R jL) C Z j R jL C
第3章 变阻抗式传感器原理与应用
电感式传感器的工作基础：电磁感应原理 即利用线圈电感或互感的改变来实现非电 量测量
被测物理量 （非电量：位移、 电磁感应 线圈自感系数L/ 振动、压力、 互感系数M 流量、比重）
电感/互感
电压或电流 （电信号）
2
分为变磁阻式、变压器式、涡流式等 特点：
2 1 L L0 0 0 0
2 L 1 L0 0 0 0
同理，当衔铁随被测物体的初始位置向下移动时，有
2 r 0W rc l c L0 L10 L20 1 r 1 r l l 2 2
（3.1.21）
L10，L20——分别为线圈Ⅰ、Ⅱ的初始电感值；
23
当铁芯移动（如右移）后，使右边电感值增加，左边电感值减小
2 r 0W rc l c x L1 1 r 1 r l l 2 2
a) 可变导磁面积型
b）差动型
l0
c）单螺管线圈型 d）双螺管线圈差动
6
归结于三种类型
a)气隙型
b)截面型 自感式传感器原理图
c)螺管型
原理 x(位移、流量、振动） L （自感） U I） （
结构形式 变间隙式、变面积式和螺管式。
7
3.1.1 工作原理
W W 2 线圈自感 L I I Rm
Ψ ——线圈总磁链,单位：韦伯； I——通过线圈的电流，单位：安培； W——线圈的匝数； Rm——磁路总磁阻，单位：1/亨。
自感式传感器由线圈、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
2 3 1 L L0 0 0 0 0
2 3 L 1 L0 0 0 0 0
2 3
无论上移或下移，非线性都将增大。
18
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。
1-铁芯； 2-线圈； 3-衔铁
当衔铁向上移动时，两个线圈的电感变化量Δ L1、Δ L2
1 L L1 L2 2L0 0 0 0
15
对式（3.1.11）（3.1.13）作线性处理，即忽略高次项后可得
L L0 0
灵敏度为
L / L 0 1 k0 0
变间隙式自感传感器的测量范围与灵敏度及线性度是相矛盾的， 因此变隙式自感式传感器适用于测量微小位移场合。 为了减小非线形误差，实际中广泛采用差动变隙式电感传感器
L 和 L是由线圈本身的电流产生的，叫做自感磁
通和自感磁通链。
4
3.1 自感式传感器
3.1.1 3.1.2
3.1.3
3.1.4 3.1.5 3.1.6
工作原理 变气隙式自感传感器 变面积式自感传感器 螺线管式自感传感器 自感式传感器测量电路 自感式传感器应用举例
5
3.1 自感式传感器
2 r 0W rc l c x L2 1 r 1 r l l 2 2
根据以上两式，可以求得每只线圈的灵敏度为
dL1 dL2 0W 2 r 1rc2 k1 k2 dx dx l2
结构简单、工作可靠、寿命长、测力小
灵敏度高，分辨力高
输出信号强 精度高、线性好 性能稳定、重复性好
3
电感相关概念
电感是反映磁场能性质的电路参数，电感元件是 实际线圈的理想化模型，假想它是由无阻导线绕 制而成的线圈。当一匝线圈中通以电流i后，在线 圈内部将产生磁通 L(称为自感磁通)，N匝相链的 线圈通过N L ，记 L NL， L称做磁通链(或磁链)， 即N匝相链的线圈通过的自感磁通之和。
S1
l1
1 L 2 W
W 0 s0 W L Rm 2
2 2
（3.1.6）
l2
L与δ之间是非线性关系
S2
±
3
12
分析：当衔铁处于初始位置时， 初始电感量为
W 2 0 s0 L0 2 0
当衔铁上移Δδ时，则 L L L 代入式（3.1.6）式并整理得
（3.1.24）
24
上式表明两只线圈的灵敏度大小相等，符号相反，具有差动特征。
考虑到 r 1 ，而lc与l，rc为同数量级的量，则式 (3.1.21)和式(3.1.24)可简化为
L0 L10 L20
k1 k2
0W r rc lc
2 2
l
2பைடு நூலகம்
2
0W r rc
l
当Q>>ω2LC且ω2LC<<1时，上式可近似为
Z R j L
29
2. 交流电桥式测量电路
把传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂Z1 和Z2 ，另外两
个相邻的桥臂用纯电阻R代替。设Z1=Z+ΔZ1, Z2=Z－ΔZ2，Z