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1、电感式传感器是一种机电转换装置，特别是在自动控制设备中广泛应用。电感式传感器利用电磁感应定律将被测非电量（如位移、压力、流量、振动）转换为电感或互感的变化。按传感器结构可分为：自感式、互感式、电涡流式。第5章 电感式传感器概述各种电感式传感器电感式传感器非接触式位移传感器测厚传感器电感粗糙度仪接近式传感器电感传感器测量滚珠直径，实现按误差分装塞选第5章 电感式传感器主要内容：1.变磁阻式传感器——自感式2.差动变压器式传感器——互感式3.电涡流式传感器——电涡流式5.1.1自感式传感器工作原理衔铁移动δ改变磁阻变化电感值变化
2、近似1-线圈2-铁芯（定铁芯）3-衔铁（动铁芯）图5-1自感传感器结构根据上式可以形成三种类型的自感式传感器1.改变气隙厚度δ(a)2.改变导磁面积A0(b)3.利用铁芯在螺管线圈中的直线位移改变总的磁阻Rm(c)也可认为是改变有效线圈匝数W三种传感器均可用以测量变换为直线位移的物理参量由公式可见，L与各参数的变化关系并不相同如改变气隙类型，L与δ不是线性关系——与电容传感器类似原理：电磁感应5.1.1自感式传感器工作原理(补充)变面积式自感式传感器初始电感量：因为：结论：1.电感量与面积成线性，因此测量范围不大。2.灵敏度
3、与气隙厚度成反比,为提高灵敏度,气隙厚度不能过大。变面积式电感传感器（δ不变）⑴a不变，b变变前变后灵敏度非线性误差⑴a不变，b变变前灵敏度非线性误差b不变，a变变前变后灵敏度系数非线性误差(补充)螺线管式自感式传感器工作原理：当铁芯在线圈中运动时,将改变磁阻,使线圈自感发生变化。结构简单、制造容易，但灵敏度低，适用于较大位移(数毫米)测量。螺线管式自感传感器1-螺线管线圈Ⅰ；2-螺线管线圈Ⅱ；3-骨架；4-活动铁芯L10，L20——分别为线圈Ⅰ、Ⅱ的初始电感值；差动螺线管式电感传感器结构原理图当铁芯移动（如右移）后，使右边
4、电感值增加，左边电感值减小根据以上两式，可以求得每只线圈的灵敏度为两只线圈的灵敏度大小相等，符号相反，具有差动特征。L1,L2可简化为5.1.2变气隙式传感器初始电感量：衔铁上移Δδ，δ＝δ0－Δδ初始点5-1初始电感量：同理,衔铁下移Δδ,δ＝δ0＋Δδ忽略高价项：灵敏度系数为：（表明？）5.1.2变气隙式传感器线性度为注意：输出特性非线性;为获得较高灵敏度,气隙的初始值不宜过大。为获得较好的线性关系,须限制测量范围,使衔铁位移在较小范围内变化,一般取变气隙式传感器适用于微小位移的测量,测量范围0.001~1mm5.1.2
5、变气隙式传感器由此可见,变隙式传感器的测量范围与灵敏度及线性度之间存在矛盾。因此,变隙式电感传感器用于测量微小位移量的场合。为减小非线性误差,实际测量中广泛采用差动变隙式自感传感器。图5-2差动变隙式自感传感器的结构原理图5.1.3差动变隙式自感传感器5.1.3差动变隙式自感传感器当,上式可展开级数灵敏度系数5.1.3差动变隙式自感传感器差动变隙式传感器的灵敏度系数是原来的2倍。线性度为比较若不考虑包括2次以上的高次项,△L与成比例关系,因此高次项是非线性存在的原因。5.1.3差动变隙式自感传感器差动式自感传感器的特性：1.
6、当气隙相对变化时,高次项迅速减小,非线性得到改善。然而,测量范围变小。因此对线性的要求和对测量范围的要求相矛盾。这正是取的原因。2.当构成差动式电感传感器时,输出与△L1+△L2有关,它不存在偶次项,因此非线性得到明显改善。5.1.3差动变隙式自感传感器灵敏度线性行程制造变δ高差小难变S较高好大较易螺管式低差大易自感传感器类型分三个类型：差动式自感传感器的线圈可以用复阻抗Z等效,常采用交流电桥、变压器电桥、谐振电路等测量。1.交流电桥将直流电桥的电阻R用阻抗Z代替,阻抗写成矢量形式,交流电桥平衡条件为5.1.4测量电路将阻抗
7、写成复数形式,平衡条件变为（注：此图中的电桥输入输出端口与上一章中的位置刚好相反）图5-3交流电桥式测量电路电桥平衡条件：Z1=Z2;Z3=Z4平衡状态下：U0＝0衔铁偏离中心位置后：(假设Z1=Z0+ΔZ;Z2=Z0-ΔZ;还假设传感器线圈具有高品质因数Z=R+jωL≈jωL，)则输出又忽略高次项得5.1.4测量电路——1交流电桥式测量电路5.1.4测量电路——1交流电桥式测量电路交流电桥式(半桥)测量电路灵敏度分析灵敏度系数K0为两点结论：(1)差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。(2)差动式变间隙电感传感器
8、的非线性项次数高,线性度得到明显改善。通过电压大小可判断移动距离。方向呢？相敏检波电路5.1.4测量电路——2变压器电桥式当传感器衔铁下移时,即Z1=Z-ΔZ,Z2=Z+ΔZ,此时5-4如衔铁上移：δ1↓→ωL1↑→Z1=Z+ΔZδ2↑→ωL2↓→Z2=Z-ΔZ初始平衡状态，Z1=Z2=Z
