换成自感系数变化的传感器。
※
互感式传感器（又称差动变压器式传感器）即将非 电量转换成互感系数变化的传感器。
本章主要介绍自感式、互感式和涡流式三种传感器。
X

6.1 电感式传感器 6.1.1 电感传感器的工作原理和等效电路
l1
线圈 I A
.
Usr
S1
铁芯

l2
S2
衔铁
自感式传感器原理图

L=W2 RM
6.1 电感式传感器
6.1.1 电感传感器的工作原理和等效电路
1．工作原理
电感传感器有衔铁、铁芯和匝数为W的线圈三部分构成。传感器测量
物理量时衔铁的运动部分产生位移，导致线圈的电感值发生变化，根据定
义，线圈的电感为
W2
L=
RM
式中 RM——磁阻，它包括铁芯磁阻和空气隙的磁阻，即
RM =
li mi Si
R
mliiSi——铁磁材料各段的磁阻之和，当铁芯一定时，其值为一定； li ——各段铁芯长度；
mi ——各段铁芯的磁导率；
Si ——各段铁芯的截面积；
R ------空气隙的磁阻，R = 2/m0S。
X

即可得电感为
L=
W2
li 2
也叫变磁阻式传感器。
X

X

Байду номын сангаас
2、等效电路
电感传感器是一个带铁芯的可变电感，由于线圈的铜耗、铁芯的涡
流损耗、磁滞损耗以及分布电容的影响，它并非呈现纯电感。等效电路
如图所示，其中L为电感，Rc为铜损电阻，Re电涡流损耗电阻，磁滞损耗 电阻Rh，C为传感器等效电路的等效电容。等效电容C主要是由线圈绕组 的固有电容和电缆分布电容引起。电缆长度的变化，将引起C的变化。
第6章 电感式传感器
6.1 电感式传感器 § 6.1.1 电感传感器的工作原理和等效电路 § 6.1.2 电感式传感器的结构类型及特性 § 6.1.3 电感传感器的测量电路
6.2 差动变压器式电感传感器 § 6.2.1 工作原理 § 6.2.2 差动变压器式传感器的特性
6.3 电涡流式传感器 § 6.3.1 电涡流式传感器的工作原理及特性 § 6.3.2 电涡流式传感器结构型式及特点 § 6.3.3 影响涡流传感器灵敏度的因素 § 6.3.4 测量电路
电感L与气隙长度 的关系如图所示。它是一条双曲线，所以非 线性是较严重的。为了得到一定的线性度，一般取 /0=0.1～0.2。
L
+L
L0
-L
-

0

X

6.4 电感式传感器的应用 § 6.4.1 电感传感器的应用 § 6.4.2 电涡流传感器的应用

※
电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测的物理
量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈的自感系数L 或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的
变化※ 量输出，实现由非电量到电量转换的装置。 ※ 自感式传感器（又称电感式传感器）即将非电量转
d Ls =
1
dL
Ls
1 - 2 LC L
考虑分布电容后，电感传感器的灵敏度增加了。因此，必须根据测试
时所用电缆长度对传感器进行标定，或者相应调整并联电容。 X

6.1.2 自感式传感器的结构类型及特性
常见的自感式传感器有变间隙式、变面积式和螺线管式三类。
1、变间隙式电感传感器
1-




线圈电感的相对变化量为：L
L0
=


1

1
-


若 ／0＜＜l，则可得
L
L0
=
0


0
2


0
3


0
4

X

同理可得当衔铁向下移动时的 L／L0为
X

Q——品质因数，Q=wL/R。 当电感传感器 Q值高时，即1/Q2《1，则上式可变为：
Zs

R
1- 2 LC
2
jL

1- 2 LC
= Rs
jLs
考虑分布电容时，电感传感器的有效串联电阻和有效电感都增加了， 而线圈的有效品质因数却减小。
电感传感器有效灵敏度为：
Z = R jL
当考虑并联分布电容时，阻抗为Zs
Zs
=
R
j L
1
j C
R jL
1
j C
=
R
jL 1 - 2 LC - 2 LC Q2
1 - 2LC 2 2LC Q 2
1 - 2 LC 2 2 LC Q 2
miSi m0S
因为铁磁材料其磁阻与空气隙磁阻相比较小，计算时可忽略
不计，这时有:
L = W 2m0S 2
由上式可知，当线圈及铁芯一定时，W为常数，如果改变d 或S时，L值就会引起相应的变化。电感传感器就是利用这一原理 做成的。最常用的是变气隙长度d 的电感传感器。由于改变d 和 S都是使气隙磁阻变化，从而使电感发生变化，所以这种传感器
l1
线圈 I A
.
Usr
S1
l2
S2
铁芯

衔铁
x Rm L(Z )
测出L可确定x。
X

若使得衔铁向上移动取为- ，得此时电感为：
L =
W 2m0S
2 0 -
则电感增量为：
L =
L - L0
=
L0


1

L L0

=-
0


0
2
-

0
3


0
4
-
由上式可见，线圈电感与气隙长度的关系为非线性关系，非线性
度随气隙变化量的增大而增大，只有当Δ 很小时，忽略高次项的存
在，可得近似的线性关系（这里未考虑漏磁的影响）。所以，单边变 间隙式电感传感器存在线性度要求与测量范围要求的矛盾。
当电感传感器确定后，这些参数即为已知量。
Rc C
L
Rh
Re
X

Rc C
L
Rh
Re
自感式传感器等效电路 *这里需要注意的是传感器等效电路的等效电容C，它主要是由线圈绕组的分布电容和
。 电缆电容引起。电缆长度的变化，将引起C的变化
X

忽略分布电容且不考虑各种损耗时，电感传感器阻抗为: