电感式传感器

4.3

电感式传感器

(InductanceTransducer)基于电磁感应原理，把被测量转化为电感量的一种装置。电感式传感器互感型（差动变压器式）按照变换方式的不同可分为：自感型（包括可变磁阻式与涡流式）电感式传感器自感型可变磁阻式涡流式互感型电感式传感器(2/20)由电工学可知，线圈自感量：

i—线圈中流过的电流。

—通过线圈的磁通量。ix123L0

1—线圈；2—铁心；3—衔铁式中：N—线圈匝数；可变磁阻式传感器由线圈、铁心和衔铁组成，在铁心与衔铁之间存在气隙。当线圈通以电流i时，产生磁通，其大小与电流成正比。1.自感型--可变磁阻式传感器根据磁路欧姆定律：由这两式得：电感式传感器(3/20)式中：

Rm

—磁路的总磁阻Rm=

RF

+

R

，其中RF为铁心与衔铁的磁阻，R为空气隙磁阻。电感式传感器(4/20)式中：l1、l2

—铁心和衔铁的导磁长度；

1、2

—铁心和衔铁的磁导率；

A1、A2

—铁心和衔铁的导磁截面积；

—气隙长度；

0

—空气磁导率，0=410-7H·m-1

；

A0

—气隙导磁截面积。若不考虑磁路的铁损，且空气隙较小时：一般，1和2远远大于0，即：RF

<<R

，因此，电感式传感器(5/20)自感L与气隙厚度成反比，与气隙导磁截面积A0成正比。结论：当固定A0，变化时，L与成非线性关系当固定，变化A0时，L与A0成非线性关系可变导磁面积式差动式可变气隙厚度式电感式传感器(6/20)（1）可变气隙厚度式电感传感器当固定A0，变化时，L与成非线性关系，传感器灵敏度为：为了减小非线性误差，/0≤0.1。变气隙长度式传感器适用于微小位移的测量，范围为0.001~1mm。传感器灵敏度与气隙长度的平方成反比。结论：电感式传感器(7/20)特点：线性，灵敏度低。~x（2）可变气隙面积式电感传感器当固定，变化A0时，L与A0成线性关系，传感器灵敏度为：（3）差动变气隙式电感传感器特点：提高灵敏度，改善线性特性。~x对于差动式传感器，当共用衔铁移动时，两线圈的间隙按0、0+变化，即一个线圈自感增加，另一个减小。电感式传感器(8/20)当金属板置于变化磁场中或在磁场中运动时，在金属板中产生感应电流，这种电流在金属板体内是闭合的，称为涡流。涡流的大小与金属板的电阻率、磁导率、厚度以及金属板与线圈距离、激励电流、角频率等参数有关。涡流式传感器分为高频反射式涡流传感器和低频透射式传感器。金属板ii12.自感型--涡流式传感器ML2L1usu2l电感式传感器(9/20)金属板置于线圈附近，相互间距为

。高频交变电流i-磁通—“旋涡状”闭合感应电流i1

（涡电流或涡流）—

交变磁通1—

反作用于线圈。根据楞次定律，涡流的交变磁场变化方向与线圈磁场变化方向相反，1总是抵抗的变化，从而导致原线圈等效阻抗发生变化。金属板ii11）高频反射式涡流传感器电感式传感器(10/20)2）低频透射式涡流传感器

L1和L2分别为发射线圈和接收线圈。

L1通低频（音频）交流电流。在L2中产生感应电压u2。金属板产生的涡流消耗了一部分磁场能量，使u2有所降低，板越厚，u2越低。ML2L1usu2l原线圈的等效阻抗Z变化：电感式传感器(11/20)电感式传感器(12/20)金属板置于线圈附近，相互间距为

。高频交变电流i-磁通—“旋涡状”闭合感应电流i1

（涡电流或涡流）—

交变磁通1—

反作用于线圈。根据楞次定律，涡流的交变磁场变化方向与线圈磁场变化方向相反，1总是抵抗的变化，从而导致原线圈等效阻抗发生变化。工作原理通常线圈尺寸、激励电流i及其频率一定，若金属板材料一定，变化可以用来测量位移、振动等参量。若一定，变化或可实现材质鉴别或无损探伤。等效阻抗的变化程度与线圈尺寸、距离、金属板电阻率和磁导率、线圈激励电流