第五章 电感式传感器
1、（1）电感式传感器是基于电磁感应原理，将被测非电量（如位移、压力、振动等）转换为
电感量变化的一种结构型传感器。
（3）电感式传感器常见的有自感式，互感式和涡流式三种。
2、优点：结构简单，传感器无活动触点、可靠度高、寿命长；灵敏度和分辨力高 (如在测量长度时一般可达0.1μm) ；线性度高、重复性好；测量范围宽（测量范围大时分辨率低）； 缺点：无输入时有零位输出电压，引起测量误差；不适用于高频动态测量。
3、（1）欲提高传感器灵敏度可以采取增加线圈匝数N、增加铁芯半径ra以及增大铁芯的磁导
率?m来实现。有时将两个完全相同的螺线管相连，铁芯初始状态处于对称位置上，使两边螺线管的初始电感值相等，构成差动螺线管式电感传感器，其灵敏度得到提高。 （2）螺线管式电感传感器具有如下特点： ①结构简单，制造装配容易；
②由于气隙大，磁路的磁阻也大，因此灵敏度较低，容易受外部磁场干扰，但是线性范围比较大；
③由于磁阻大，为了达到一定的电感量，需要的线圈匝数多，因而线圈的分布电容大，同时线圈的铜损耗电阻也大，温度稳定性较差。
4、变间隙式灵敏度较高，但测量范围小，一般用于测量几微米到几百微米的位移；变面积式灵敏度较低，但线性范围较大，除E型和四极型外，还常做成八级、十六极型，一般可分辨零点几角秒以下的微小角位移，线性范围达?100；螺管式可测量几纳米到一米的位移，但灵敏度较前两种低。
5、电路工作原理如下：当差动变压器铁芯在中间位置时，u?0，只有ur起作用，设此时ur为
正半周，即A为“+”，B为“-”，D1、D2导通，D3、D4截止，流过R1、R2上的电流分别为i1、i2，其电压降UCB及UDB大小相等方向相反，故输出电压UCD?0。当ur为负半周
时，A为“-”，B为“+”，D3、D4导通，D1、D2截止，流过R1、R2上的电流分别为i3、
i4，其电压降UBC与UBD大小相等方向相反，故输出电压UCD?0?0。
当铁芯上移，uD4，设ur和u同相位，由于ur?12u??u，故ur正半周时D1、D2 仍导通，D3、
?12u截止，但D1回路内总电势为ur，输出电压UCD，而D2回路内总电势为ur，故回路电流
i1?i2?R0?i1?i2??0?12u。当ur负半周时，D3、D4导通，D1、D2截止，此
?12u时D3回路内总电势为ur出电压UCD，D4回路内总电势为ur，所以回路电流i4?0?i3，故输
?R0?i4?i3??0，因此铁芯上移时输出电压U?0CD。
当铁芯下移时， u和ur相位相反。同理可得UCD。
6、（1）电感式传感器主要用于测量位移、尺寸及凡是能转换成位移变化的其他参数，如压力、
张力、加速度、振动、应变、流量、比重、液位等。
（2）差动变压器式加速度传感器及其测量电路如下图1所示。衔铁受振动和加速度的作
用，使弹簧受力变形，与弹簧连接的衔铁的位移大小反映了振动的幅度和频率以及加速度的大小。
图1 差动变压器式加速度传感器及其测量电路
（a）结构示意图 （b）测量电路框图
1 弹性支撑 2 差动变压器
（3）图2（a）是微压力传感器的结构示意图，在被测压力为零时，膜盒在初始位置状态，
此时固接在膜盒中心的衔铁位于差动变压器线圈的中间位置，因而输出电压为零。当被测压力由接头1传入膜盒2时，其自由端产生一正比于被测压力的位移，并且带动衔铁6在差动变压器线圈5中移动，从而使差动变压器输出电压。经相敏检波、滤波后，其输出电压可反映被测压力的数值。
图2微压力变送器结构及其测量电路 （a）结构示意图 （b）测量电路框图
1—接头 2—膜盒 3—底座 4—线路板 5—差动变压器 6—衔铁 7—罩壳 8—插头 9—
通孔 7、自感式电感传感器可分为变间隙型、变面积型和螺管型三种类型。
（1）变间隙型电感传感器的工作原理：变间隙型电感传感器的结构如图3所示。传感器由线
圈、铁心和衔铁组成。工作时可动衔铁与被测物体连接，被测物体的位移实现可动衔铁的上、下（或左、右）移动，将引起空气气隙的长度发生变化，即气隙磁阻发生相应的变化，从而导致线圈电感量发生变化。
图3 变间隙型电感式传感器 1 线圈 2 铁心 3可动衔铁
（2）变面积型自感传感器工作原理：变面积型电感式传感器的结构示意图如图4所示。传感
器工作时，当气隙长度保持不变，而铁心与衔铁之间相对覆盖面积（即磁通截面）因被测量的变化而改变时，将导致电感量发生变化
图5-4 变面积型电感式传感器 1 线圈 2铁心 3 可动衔铁
（3）螺管型自感传感器工作原理：螺管型电感式传感器的结构示意图如图5所示。当传感器
的衔铁随被测对象移动时，将引起线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，从而导致线圈电感量随之变化。对于长螺管线圈且衔铁工作在螺管的中部时，可以认为线圈内磁场强度是均匀的。
图5-5 螺管型电感式传感器
1 线圈 2 衔铁
8、（1）当导体置于交变磁场或在磁场中运动时，导体上引起感生电流，此电流在导体内闭合，
称为涡流。电涡流的产生，必然要消耗一部分磁场能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化。