第4章电感式传感器

1、1 第4章 电感式传感器 6.1 电感式传感器 6.2 差动变压器式传感器 6.3 电涡流式传感器 6.4 电感式传感器的应用 21.掌握电感式传感器的工作原理、等效电路、结构类型、特性及测量电路 2.掌握差动变压器式电感传感器的工作原理及特性3.掌握电涡流式传感器工作原理及特性4.理解影响涡流传感器灵敏度的因素5.理解电感式传感器的典型应用基本要求3 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。 将非电量转换成自感系数变化的传感器通常称为自感式传感器（

2、又称电感式传感器）； 将非电量转换成互感系数变化的传感器通常称为互感式传感器（又称差动变压器式传感器）。 电感式：电感式： L L变化变化 互感式传感器互感式传感器( (差动变压器式差动变压器式) )： M M变化变化电涡流式：电涡流式： L L、M M变化变化按结构分按结构分气隙式电感传感器（是一种闭合磁路结构形式）气隙式电感传感器（是一种闭合磁路结构形式）螺管式电感传感器（是一种开磁路结构形式）螺管式电感传感器（是一种开磁路结构形式）4l2S2S.1电感式传感器工作原理和等效电路电感式传感器工作原理和等效电路匝数为匝数为W的的线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁Usr简单电感传感器构

3、造51工作原理：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 式中 W:线圈的匝数 I:线圈中的电流 ：磁路磁通 RM磁阻，它包括铁芯与衔铁磁阻和空气隙磁阻，即 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； Rd 空气隙的磁阻，Rd = 2d/m0S。M2RWL=dmRSlRiii=MiiiSlm衔 铁线 圈铁 芯 I A l1 S1 l2 S2 dUsr .所谓磁阻，它与电阻的含义相仿，磁阻是表示磁路对所谓磁阻，它与电阻的含义相仿，磁阻是表示磁路对磁通所起的阻碍作用，

4、以符号磁通所起的阻碍作用，以符号Rm表示。表示。MRWIIWL=6 即可得电感为 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 当线圈及铁芯一定时，W 为常数，如果改变或S 时，L值就会引起相应的变化电感传感器的工作原理。 由于改变和S都是使气隙磁阻变化，从而使电感发生变化，所以这种传感器也叫变磁阻式传感器。 电感式传感器又可分为变气隙厚度的传感器和变气隙面积的传感器。使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器。 衔铁线圈铁芯 I A l1 S1 l2 S2 dUsr .=SSlWLiii022mdmdm202SWL =7dm202SWL =8dm202SWL =可变可变磁阻式磁

5、阻式变气隙型变气隙型传感器传感器92、等效电路ReRhRcCLL为电感为电感铜损电阻（铜损电阻（ R Rc c ）铁芯的涡流损耗电阻（铁芯的涡流损耗电阻（ R Re e ）磁滞损耗电阻（磁滞损耗电阻（ R Rh h ）传感器等效电路的等效电容传感器等效电路的等效电容C C等效电容等效电容C主要是由线圈绕组的固有电容和主要是由线圈绕组的固有电容和电缆分布电容引起。电缆分布电容引起。电缆长度的变化，将引起电缆长度的变化，将引起C的变化。的变化。10忽略分布电容且不考虑各种损耗时，电感传感器阻抗为当考虑并联分布电容时，阻抗为Zs1jjj=CLRLRLRZj=CLRCLRZsj1)j(j1)j(= 2

6、222222222211j1QLCLCQLCLCLQLCLCR=Q品质因数，品质因数，Q=wL/R。CRLCLRj)1 (j2=2222)()1 ()j1)(j(CRLCCRLCLR=22222322)()1 (jjCRLCLCRCLjLCRLCRR=11 当电感传感器Q值高时，即1/Q21，则上式可变为 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： 两边取对数 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重新进行标定，或者相应调整并联电容。=LLLCLLd11d2ssss222sj1j1

7、LRLCLLCRZ= 2222222222211j1QLCLCQLCLCLQLCLCRZS=LCLLS21=)1 (2LCInInLInLS=LdL11d2LCLLSS=两边微分：=QLCwRwLQSSS)1 (212 4.1.2 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 。可确定测出xLZLRxm)(d衔 铁线 圈铁 芯 I A l1 S1 l2 S2 dUsr .dm202SWL = d0 d d d L L0+ L L13若使得衔铁向上移动取为- d ，得此时电感为则电感增量为线圈电感的相对变化量为若 dd0l，则按照幂

8、级数展开，可得ddm=0022SWL=000000000020002011) 111(2/22/2ddddddddddmddmLLLSWLSWLLL=00011ddddLL =40302000ddddddddLL14同理，衔铁向下移动取为 d ，得此时电感为则电感增量为线圈电感的相对变化量为若 dd0l，则则按照幂级数展开，可得ddm=0022SWL=000000000200020011)111 (2/22/2ddddddddddmddmLLSWLSWLLLL=00011ddddLL=40302000ddddddddLL15l减小0，增大灵敏度。lL/Lf(）为非线性，而且/ ，非线性增大。只

9、有当d 很小时，忽略高次项的存在，可得近似的线性关系。l非线性与测量范围的要求相矛盾，一般取/ =0.10.2，所以变间隙式电感传感器用于测量微小位移时比较精确。l与 引起的L的变化大小不同，且越大， L相差越大。l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。 =40302000ddddddddLL=40302000ddddddddLL16 差动式变间隙电感传感器两个线圈电感的总变化量： 忽略高次项，其电感的变化量为 u 差动式的灵敏度比单边式的增加了近一倍u 非线性误差比单边的减小：差动式的（ L1+ L2）L0式中不包含（ dd0）的偶次项。u实用中经常采用差动式结构。差

10、动变间隙电感传感器的线性工作范围一般取 dd0 = 0.30.4。 =503002ddddddLLdd2LL172、变面积式电感传感器 对单边式结构，在起始状态时，铁芯与衔铁在气隙处正对着，其截面积为S0=ab。当衔铁随被测量上、下移动时，( a ) ( b ) b a x d0 bxaS=dm202SWL =18 则线圈电感L为 线圈电感L与面积S（或x）呈线性关系，其灵敏度k为一常数，即l 正确选择线圈匝数、铁芯尺寸，可提高灵敏度，但是采用图（b）差动式结构更好。xabWL=0202dm0202dmbWxLk=19 3、螺线管式电感传感器 构成：螺线管形线圈、磁性材料制成的柱形铁芯和外套组

11、成。 结构形式：单线圈和差动式。 工作原理：磁路磁阻随着衔铁长度不同而变化。 设线圈长度和平均半径分别为l和r，铁芯进入线圈的长度和铁芯半径分别为x和ra，铁芯有效磁导率为0 。 2aa220 xrlrlWLmm= x (b) l (a) l x r ra r ra线圈的电感量线圈的电感量L为为L与与x呈线性关系，其灵敏度呈线性关系，其灵敏度K为为2aa20rlWxLKmm=20 在差动式结构中，由于两线圈部分完全对称，故当铁芯处于中央对称位置时，两线圈电感相等，即=22aa2202010 xrlrlWLLmmxrlWLxrlWL=2aa2022aa201mmmm2aa202rlWxLKmm=

12、灵敏度：21小结：电感传感器类型l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。l变间隙型灵敏度较高,但非线性误差较大,且制作装配比较困难.l变面积型灵敏度较前者小,但线性较好,量程较大,使用比较广泛.l 螺管型灵敏度较低,但量程大且结构简单易于制作和批量生产,是使用最广泛的一种电感式传感器.22 4.1.3 电感传感器的测量电路 电感传感器最常用的测量电路是交流电桥式测量电路， 交流电桥:电阻平衡臂电桥、变压器电桥、紧耦合电感比例臂电桥。Usr .Z1 Z2 L1 L2 R1 R2 Rs1 Rs2 ZL UscUsr .Z1Z2 I . A B . UscUsr . I1 I2Z

13、1Z2 Lc Lc M Usc . 1 2 3 (a) (b) (c)231 1、电阻平衡臂电阻平衡臂电桥电桥电阻平衡臂电阻平衡臂电桥是电桥是自感自感传感器的主要测量电路，为了提高灵敏度，传感器的主要测量电路，为了提高灵敏度，改善线性度，改善线性度，自感自感线圈一般接成差动形式，如图。线圈一般接成差动形式，如图。Z1、Z2为工作为工作臂，即线圈阻抗，臂，即线圈阻抗，R1、R2为电桥的平衡臂。为电桥的平衡臂。 电桥平衡条件：电桥平衡条件：设设Z1=Z2=Z=RS+jL；R1=R2=R RS1=RS2=RS； L1=L2=LE为桥路电源，为桥路电源，ZL是负载阻抗。工作时，是负载阻抗。工作时，Z1

14、=Z+Z和和Z2=Z-Z；ZLR1R2Z2Z1L1L2RS1RS2交流电桥原理图交流电桥原理图USCE2121RRZZ=LjRLjREZZEUSSSC=222)(22LRRZS=输出阻抗输出阻抗 负载阻抗负载阻抗ZL无穷大时无穷大时24其输出电压幅值其输出电压幅值 ELRLELRRLUSSSSC222222222=SSSSSCRRLLQjLLRRQQEU11111222SRLQ=自感线圈的品质因数。自感线圈的品质因数。LjRLjREZZEUSSSC=2225桥路输出电压桥路输出电压Usc包含与电源包含与电源E同相和正交两个分量。同相和正交两个分量。在实际测量中，只希望有同相分量，如能使在实际测

15、量中，只希望有同相分量，如能使 或或Q值比较大，均能达到此目的。但在实际工作时，值比较大，均能达到此目的。但在实际工作时，RS/ /RS一般很小，所以要求线圈有较高的品质因数。一般很小，所以要求线圈有较高的品质因数。当当Q值很高时，值很高时，Usc ； SSRRLL=LLE 2=SSSSSCRRLLQjLLRRQQEU1111122226当当Q值很低时，自感线圈的电感远小于电阻，电感线值很低时，自感线圈的电感远小于电阻，电感线圈相当于纯电阻圈相当于纯电阻(ZRs)，交流电桥即为电阻电桥。例，交流电桥即为电阻电桥。例如，应变测量仪就是如此，此时输出电压如，应变测量仪就是如此，此时输出电压Usc=

16、SSRRE 2=SSSSSCRRLLQjLLRRQQEU1111122227 2、变压器式电桥电路 相邻两工作臂为Z1、Z2，是差动电感传感器的两个线圈的阻抗。另两臂为变压器次级线圈的两半，输出电压取自A、B两点。 假定D点电位为0，且传感器线圈为高Q值，可得输出公式UUZZZUUU21211BAsc=初始初始Z1=Z2=Z=RS+jL，故平衡时，故平衡时，USC=0。28 当衔铁上移时 因为在Q值很高时，线圈内阻可以忽略，所以 同理，当衔铁下移时可推出 结论：衔铁上移和下移时，输出电压Usc大小相等、方向相反，即相位互差180，且随 d （气隙或位移）的变化输出电压也相应地改变。ZZZ=1Z

17、ZZ=2UZZUUZZZZU221211sc=ULLULLU2j2jsc=ULLU2sc=29 3、紧耦合电感比例臂电桥 紧耦合电感比例臂电桥常用于差动式电感或电容传感器，它由以差动形式工作的传感器的两个阻抗作电桥的工作臂，而紧耦合的两个电感作为固定臂，组成电桥电路。紧耦合电感及其T型等效变换如图所示。 1 1 2 2 2 2 3 3 M LC LC Z13 Z12 Zp Zs Zs (a) (b) 30 4.2 差动变压器式(互感式)电感传感器 差动变压器本身是一个变压器，初级线圈输入交流电压，次级线圈感应出电信号，当互感受外界影响变化时，其感应电压也随之起相应的变化，由于它的次级线圈接成差

18、动的形式，故称为差动变压器。31(e)(e)、(f) (f) 变面积式差动变压器变面积式差动变压器 (a)(a)、(b) (b) 变隙式差动变压器变隙式差动变压器(c)(c)、(d) (d) 螺线管式差动变压器螺线管式差动变压器32 4.2.1 工作原理 差动变压器上下两只铁芯上均有一个初级线圈W1（也称励磁线圈）和一个次级线圈W2（也叫输出线圈）。上下两个初级线圈串联后接交流励磁电源电压Usr，两个次级线圈则按电势反相串联。 1 Usr (a) 2 d2 d1 UscUsr (b) Usc33工作原理和结构abcdcdVV绕线管绕线管线圈组合线圈组合衔铁衔铁343536374.2.2 4.2

19、.2 差动变压器式传感器的特性差动变压器式传感器的特性 Usr 初级线圈激励电压； L1、R1 初级线圈电感和电阻； M1、M2 分别为初级与次级线圈 l、2间的互感； L21、L22 两个次级线圈的电感； R21、R22 两个次级线圈的电阻 初级、次级线圈的匝数分别为W1、W2，当有气隙时，传感器的磁回路中的总磁阻近似值为R UscUsr R1R21R22 L21 L22 L1 e21 e22 M1 M238在初始状态时，初级线圈电感为初始时，初级线圈的阻抗分别为此时初级线圈的电流为当有气隙变化d 时，两个初级线圈的电感值分别为 211211RWLL=11111LRZj=12112LRZj

20、j=11sr12LRUIj=ddm=SWL0211ddm=SWL021239次级线圈的输出电压USC为两个线圈感应电势之差感应电势分别为式中M1及M2为初级与次级之间的互感系数，其值分别为得 2221SCEEU=12221121IMEIMEjj=ddmddmSWWIWMSWWIWM02112220211121=220211121sc2dddmSWWIIMMUjjdddmdd=2212111021121scWWILSWWWIUjj1111dRIW=2112dRIW=40 整理上式 当R 时 传感器的灵敏度 结论：差动变压器式传感器的特性几乎完全是线性的，其灵敏度不仅取决于磁系统的结构参数，同时取

21、决于初、次级线圈的匝数比及激磁电源电压的大小。可以通过改变匝数比及提高电源电压的办法来提高灵敏度。11sr1211sc22LRUWWLUddjj=sr012scUWWUdd=0sr12SCddUWWUS=dddmdd=2212111021121scWWILSWWWIUjj41 4.3 电涡流式传感器 这种传感技术属主动测量技术，即在测试中测量仪器主动发射能量，观察被测对象吸收（透射式）或反射能量，不需要被测对象主动作功。 涡流传感器的测量属于非接触测量，特别适合测量运动的物体。 电涡流传感器的应用没有特定的目标 ，一切与涡流有关的因素，在原则上都可用于测量目的。 电涡流式传感器具有结构简单、体

22、积小、频率响应宽、灵敏度高等特点，在测试技术中日益得到重视和推广应用。42 4.3.1 电涡流式传感器的工作原理及特性 电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，该电流的流线呈闭合回线，类似水涡形状，故称之为电涡流。 电涡流式传感器是以电涡流效应为基础，由一个线圈和与线圈邻近的金属体组成. 43工作原理v当带有高频电流的线圈当带有高频电流的线圈靠近被测金属时，线圈上靠近被测金属时，线圈上的高频电流所产生的高频的高频电流所产生的高频电磁场便在金属表面上产电磁场便在金属表面上产生感应电流，电磁学上称生感应电流，电磁学上称之为之为电涡流电涡流。电涡流的形成：电涡流的形成：线圈通入

23、交变电流线圈通入交变电流I，在线圈的周围产生交变在线圈的周围产生交变的磁场的磁场H1位于该磁场中的金属导位于该磁场中的金属导体上产生感应电动势并体上产生感应电动势并形成涡流。形成涡流。涡流也产生相应的磁场涡流也产生相应的磁场H2，H2与与H1方向相反方向相反H2的作用引起线圈等效的作用引起线圈等效阻抗、等效电感等发生阻抗、等效电感等发生相应的变化相应的变化44工作原理v电涡流效应与被测金电涡流效应与被测金属间的属间的距离距离及及电导率电导率、磁导率磁导率、线圈的几何形线圈的几何形状状、几何尺寸几何尺寸、电流频电流频率率等参数有关。通过电等参数有关。通过电路可将被测金属参数转路可将被测金属参数转

24、换成电压或电流变化。换成电压或电流变化。电涡流传感器就是根据电涡流传感器就是根据涡流效应实现对金属物涡流效应实现对金属物体的位移、振动等参数体的位移、振动等参数的测量。的测量。45磁场变化频率愈高，涡流的集肤效应（磁场变化频率愈高，涡流的集肤效应（趋肤效应趋肤效应）愈显著。即涡流穿透深度愈小，其穿透深度愈显著。即涡流穿透深度愈小，其穿透深度h可可表示表示fhrm5030=导体电阻率导体电阻率(cm)；r导体相对磁导率；导体相对磁导率； f交变磁场频率交变磁场频率(Hz)。可见，涡流穿透深度可见，涡流穿透深度h和激励电流频率和激励电流频率f有关，所有关，所以涡流传感器根据激励频率高低分：以涡流传

25、感器根据激励频率高低分：高频反射式高频反射式或或低频透射低频透射式两类。式两类。 目前高频反射式电涡流传感器应用广泛。目前高频反射式电涡流传感器应用广泛。46趋肤效应频率低频率低频率高频率高v直流的情况电流在导线截面上均匀分布流动直流的情况电流在导线截面上均匀分布流动. .v对于交流的情况，电流有集中在外部周围流动，而在对于交流的情况，电流有集中在外部周围流动，而在中心部位不怎么流动的倾向，这种现象叫趋肤效应中心部位不怎么流动的倾向，这种现象叫趋肤效应。47趋肤效应的应用48等效电路及分析 R1、L1线圈原有的电阻、电感（周围无金属体）； R2、L2电涡流等效短路环的电阻和电感； 励磁电流的角

26、频率； M 线圈与金属体之间的互感系数； 电源电压。 H 电电 涡涡 流流 L1 磁磁 通通 I1 R2 R1 M I2 L2 I1 L1 U U=0jjjj2222121111ILIRIMUIMILIR49=22222221222222211)()(wLwLRMwwLjRwLRMwRUI1IUZ=线圈等效阻抗：=2222222122222221)()(LwLRMwLjwRwLRMwRZ22222221)(wLRMwLLL=线圈等效阻抗：线圈等效阻抗：线圈等效电感：线圈等效电感：LQR=等效品质因数：等效品质因数：50222222122222221211)(1)(1wLRMwRRwLRMwLL

27、RLQ=222212222212011ZMwRRZMwLLQQ=品质因数2222222122222221)()(RwLRMwRLwLRMwLwQ=51讨论：l电涡流传感器的等效电路参数均是互感系数M、电感L1、L2的函数，故将此类传感器归入电感式传感器。l电涡流效应必然消耗能量等效电阻l等效电感减小，品质因数减小l等效电感、等效阻抗、品质因数与M平方有关，是距离x的非线性函数。l电涡流效应与距离的关系：lXH2电涡流效应LlXH2电涡流效应Q=2222222122222221)()(LwLRMwLjwRwLRMwRZ222212222212011ZMwRRZMwLLQQ=采用电涡流式传感器并配

28、用相应的测量线路，常用采用电涡流式传感器并配用相应的测量线路，常用来测量位移、金属体厚度、温度等参数。来测量位移、金属体厚度、温度等参数。5253 4.3.2 电涡流式传感器结构型式及特点 1变间隙式 最常用的结构型式是采用扁平线圈，金属体与线圈平面平行放置，如图（a）所示。54电涡流强度与距离X、 线圈外径ras的关系xrasxBras大ras小rasv磁场分布范围大磁场分布范围大v磁感应强度变化磁感应强度变化梯度小梯度小v线性范围大线性范围大v灵敏度小灵敏度小rasv与上相反与上相反55被测体对电涡流测量的影响l被测体是传感器的组成部分l被测导体的电导率越高，灵敏度越高l磁性体的灵敏度比非

29、磁性体降低l对L1（线圈电感）：电涡流效应使其减小l被测物为导磁体，导磁体的作用使得L1，磁效应抵消电涡流效应。所以，被测物是磁性体，灵敏度较非磁性体低。l为了提高灵敏度，一般采用较高的激励频率。l镀层对测量有影响。l被测体不应过小、过薄。56 3螺线管式 如图所示为差动螺线管式电涡流传感器结构示意图。它由绕在同一骨架上的两个线圈 l、2和套在线圈外的金属短路套筒所组成，筒长约为线圈的60。它的线性特性较好，但灵敏度不太高。 线圈 2 短路套筒 线圈 1574 4低频透射式低频透射式 低频励磁电压低频励磁电压U U1 1施加施加于线圈于线圈L L1 1的两端，在的两端，在L L2 2两两端产生

30、感应电动势端产生感应电动势U U2 2。当当L L1 1与与L L2 2之间无金属体时，之间无金属体时，L L1 1产生的磁场全部贯穿产生的磁场全部贯穿L L2 2，U U2 2最大；最大；当有金属体时，因涡流当有金属体时，因涡流形成的反磁场作用，形成的反磁场作用，U U2 2将将降低。涡流越大，即金降低。涡流越大，即金属导电性越好或金属板属导电性越好或金属板越厚，越厚，U U2 2将越小。将越小。当金属体材料一定时，当金属体材料一定时，U U2 2将与金属板厚度相对应。将与金属板厚度相对应。58 注意：电涡流传感器的线圈与被测金属体之间是磁性耦合的，并利用耦合程度的变化作为参数测试值，因此，

31、传感器的线圈装置仅为“实际测试传感器的一半”，另一半是被测体。 被测体的物理性质、尺寸和形状都与测量装置总的特性密切相关。在电涡流式传感器的设计或使用中，必须同时考虑被测体的物理性能、几何形状和尺寸等因素。59 4.3.3 影响涡流传感器灵敏度的因素 1被测体材料对测量影响 线圈的阻抗Z的变化与材料电阻率 、磁导率m 有关，它们将影响电涡流的贯穿深度，影响损耗功率，也就引起传感器灵敏度的变化。 2被测体大小和形状对测量的影响 被测物体的面积比传感器相对应的面积大很多时，灵敏度不发生变化；当被测物体面积为传感器线圈面积的一半时，其灵敏度减少一半；面积更小时，灵敏度显著下降。 被测体为圆柱体时，它

32、的直径 D必须为线圈直径 d的3.5倍以上，才不影响被测结果，在Dd为 l时，灵敏度将降低为70左右。 被测体的厚度也不能太薄。但一般来说，只要有0.2mm以上的厚度，测量不会受到影响（铜、铝箔等为0.07mm以上）。 fhrm5030=603传感器形状和大小对传感器的灵敏度影响 传感器的主要构成是线圈，它的形状和尺寸关系到传感器的灵敏度和测量范围，而灵敏度和线性范围是与线圈产生的磁场分布有关。61 单匝载流圆导线在轴上的磁感应强度：l半径小的载流圆导线，在靠近圆导线处产生的磁感应强度大；而在远离圆导线处，则是半径大的磁感应强度大。232220P2xrIrB=m62l线圈外径大的，线圈的磁场轴

33、向分布大，测量范线圈外径大的，线圈的磁场轴向分布大，测量范围大，线性范围相应就大，但磁感应强度的变化围大，线性范围相应就大，但磁感应强度的变化梯度小，因此灵敏度就低；梯度小，因此灵敏度就低；l线圈外径小时，磁感应强度轴向分布的范围小，线圈外径小时，磁感应强度轴向分布的范围小，测量范围小，但磁感应强度的变化梯度大，传感测量范围小，但磁感应强度的变化梯度大，传感器灵敏度高。因此应根据需要选用。器灵敏度高。因此应根据需要选用。634.3.4 测量电路 1.调频式电路 传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与被测导体距离x改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，导致振荡频率的变化，该变化的频率是距离x的

34、函数f = L(x)。该频率可由数字频率计直接测量，或者通过fV变换，用数字电压表测量对应的电压。 频 率 计 电 压 表 F V 振荡器 C L x64 2调幅式电路 传感器线圈L和电容器C并联组成谐振回路，石英晶体组成石英晶体振荡电路，如图所示。石英晶体振荡器起一个恒流源的作用，给谐振回路提供一个稳定频率（f0）激励电流I0，LC回路输出电压为 当金属导体远离或被去掉时，LC并联谐振回路频率即为石英振荡频率f0，回路呈现的阻抗最大，谐振回路上的输出电压也最大； 当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐，从而使输出电压降低，L的数值随距离x的变化而变化，因此，输出电

35、压也随x而变化。输出电压经过放大、检波后，由指示仪表直接显示出x的大小。 ZfIU00= 放大 检波 指示 C L i0654.4 4.4 电感式传感器的应用电感式传感器的应用 4.4.1.电感传感器的应用 自感式、互感式传感器两者的工作原理虽不相同，但在应用领域方面具有共同性。 电感式传感器主要用于测量电感式传感器主要用于测量微位移微位移，凡是能转，凡是能转换成位移量变化的参数，如压力、力、压差、加速换成位移量变化的参数，如压力、力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位等都可以用电度、振动、应变、流量、厚度、液位等都可以用电感式传感器来进行测量。感式传感器来进行测量。66电感式位移传感器的外形图电感式位移传感器的外形图它主要用于位移，振动，转速测量。它主要用于位移，振动，转速测量。67衔铁（惯性质量），由两个弹簧片支撑。传感器的固有频率由惯性质量的大小及弹簧刚度决定，这种结构的传感器只适于低频信号（100200Hz）的测量。 弹弹性性支支撑撑 差差动动变变压压器器 弹弹性性支支撑撑 被被测测加加速速 度度方方向向 振振荡荡器器 稳稳压压 电电源源 滤滤波