第三节 电感式传感器

电感式传感器是利用电磁感应原理将被测的非电量转换为电感量的变化。电磁感应有自感和互感之分，与之对应的分别称为自感式和互感式传感器。

一、自感式传感器

图3-22是三种不同结构形式的自感式传感器，由电磁感应原理可知，线圈1中电感

式中 N——线圈的匝数；

R_m——磁路的磁阻。

若空气隙较小，且不考虑磁路的铁损和导磁体的磁阻，则

式中 δ——空气隙厚度（m）；

μ₀——真空磁导率，μ₀=4π×10^-7 H/m；

A——空气隙的截面积（m²）。

将式（3-34）代入式（3-33）得线圈的电感量

由上式可知，改变气隙厚度δ及空气隙的截面积A均可改变电感L。据此便可制造出两种不同的传感器，即：1）变气隙厚度的自感式传感器，简称为δ型自感式传感器（图3-22a）；2）变气隙截面积的自感式传感器，简称为A型自感式传感器，如图3-22b所示。图3-18c是一种螺线管式自感传感器。

1. δ型自感式传感器

由式（3-35）可知，δ型自感式传感器具有非线性特性，如图3-23a所示，该传感器的灵敏度

式（3-36）表明，δ型自感式传感器的灵敏度与δ²成反比，δ越小，灵敏度越高。

2. A型自感式传感器

当气隙厚度δ不变时，该传感器的电感值L与气隙截面积呈线性关系，如图3-23b所示，灵敏度。

3.螺线管式自感传感器

螺线管式自感传感器输出电感的计算比较复杂，电感

式中 μ₀——真空磁导率，μ₀=4π×10^-7 H/m；

R——磁通作用半径；

h——线圈的高度；

t——铁心插入线圈的深度；

λ——比磁导；

N——线圈的匝数。

式（3-37）表明，螺线管式自感传感器的特性曲线是一条复杂曲线。通常，螺线管式自感传感器的特性曲线由试验获得，因为式（3-37)是在某些假设的基础上得到的，它与实际存在一定的误差。

4.差动式自感传感器

电感式传感器最突出的特点是线圈通电后会产生温升，而温度的变化会带来输出特性的变化。此外，供电电压的波动也会给测试带来影响，为克服这些不足，提高传感器的灵敏度，在实际应用中，和电容式传感器一样，常采用差动式结构，如图3-24所示。

二、互感式传感器

互感式传感器常采用两个次级线圈组成差动式结构，因此又称为差动变压器式传感器，如图3-25所示。两个次级线圈反向串联，当给初级线圈上加上交流电压U_x时，次级线圈上分别产生感应电动势U₀₁和U₀₂，其大小与衔铁位移x有关。当衔铁在中间位置时，U₀₁=U₀₂，输出电压 U₀=U₀₁-U₀₂=0；当衔铁向上偏离中心位置时，| e₀₁ |＞| e₀₂|，| U₀ |=|U₀₁|_|-U₀₂ |＞0；当衔铁向下偏离中心位置时，| e₀₁ |＜| e₀₂|，| U₀ |=| U₀₁|_|-U₀₂ |＜0。

通常，U₀不直接作为传感器的输出电压，因为：1）传感器的输出是交流电压，其幅值与衔铁位移成正比，因此输出电压的大小只能反映衔铁的位置，而不能反映其运动的方向；2）当衔铁经过中间位置时，其输出有一定的零点残余电压，因此，即使U₀₁和U₀₂有效值相等，由于其相位不相同，输出电压U₀亦不等于零。为此，互感式传感器的后接电路常采用能反映衔铁位置和运动方向的可补偿零点残余电压的相敏检波电路，如图3-26所示。

三、电感式传感器的应用

电感式传感器是一种结构简单、工作可靠、灵敏度高、重复性好、精度高的传感器，因此在汽车及工程领域应用十分广泛。

从电感式传感器的工作原理看，其输入方式与电容式传感器类似，因此绝大多数可用电容式传感器测得的量均可用电感式传感器来测量（倾角的测量除外），即电感式传感器可用于测量位置、位移、振动、噪声和压力等。