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1、4.3 电感式传感器电感式传感器(Inductance Transducer)基于电磁感应原理，把被测量转化为基于电磁感应原理，把被测量转化为电感量的一种装置。电感量的一种装置。电感式传感器 互感型（差动变压器式）互感型（差动变压器式）按照变换方式的不同可分为：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）自感型（包括可变磁阻式与涡流式）电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁阻式可变磁阻式涡流式涡流式互感型互感型电感式传感器电感式传感器(2/20)由电工学可知，线圈自感量：由电工学可知，线圈自感量：i 线圈中流过的电流。线圈中流过的电流。通过线圈的磁通量。通过线圈的磁通量。ix
2、123L0 1线圈；线圈；2铁心；铁心；3衔铁衔铁式中：式中：N 线圈匝数；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铁之间存在气隙。当线圈通以电流当线圈通以电流i时，产生磁通，其大时，产生磁通，其大小与电流成正比。小与电流成正比。1.1.自感型自感型-可变磁阻式传感器可变磁阻式传感器根据磁路欧姆定律：根据磁路欧姆定律：由这两式得：由这两式得：电感式传感器电感式传感器(3/20)式中：式中：Rm 磁路的总磁阻磁路的总磁阻 Rm=RF+R，其中，其中RF为为 铁心与衔铁的磁阻，铁心与衔铁的磁阻，R为空气隙磁阻。为空
3、气隙磁阻。电感式传感器电感式传感器(4/20)式中：式中：l1、l2 铁心和衔铁的导磁长度；铁心和衔铁的导磁长度；1、2 铁心和衔铁的磁导率；铁心和衔铁的磁导率；A1、A2 铁心和衔铁的导磁截面积；铁心和衔铁的导磁截面积；气隙长度；气隙长度；0 空气磁导率，空气磁导率，0=410-7 Hm-1；A0 气隙导磁截面积。气隙导磁截面积。若不考虑磁路的铁损，且空气隙若不考虑磁路的铁损，且空气隙 较小时：较小时：一般，一般，1和和2远远大于远远大于0，即：，即：RF R，因此，因此，电感式传感器电感式传感器(5/20)自感自感L与气隙厚度与气隙厚度 成反比，与气隙导磁截面积成反比，与气隙导磁截面积A0
4、成正比。成正比。结论：当固定当固定A0，变化变化 时，时，L 与与 成非线性关系成非线性关系当固定当固定 ，变化，变化A0时，时，L 与与 A0成非线性关系成非线性关系可变导磁面积式可变导磁面积式差动式差动式可变气隙厚度式可变气隙厚度式电感式传感器电感式传感器(6/20)（1）可变气隙厚度式电感传感器）可变气隙厚度式电感传感器当固定当固定A0，变化变化 时，时，L 与与 成成非线性关系，传感器灵敏度为：非线性关系，传感器灵敏度为：为了减小非线性误差，为了减小非线性误差，/0 0.1。变气隙长度式传感器适。变气隙长度式传感器适用于微小位移的测量，范围为用于微小位移的测量，范围为0.0011 mm
5、。传感器传感器灵敏度与气隙长度的平方成反比。灵敏度与气隙长度的平方成反比。结论：电感式传感器电感式传感器(7/20)特点：线特点：线性，灵敏度低。性，灵敏度低。x（2）可变气隙面积式电感传感器）可变气隙面积式电感传感器当固定当固定 ，变化，变化A0时，时，L 与与 A0成成线性关系，传感器灵敏度为：线性关系，传感器灵敏度为：（3）差动变气隙式电感传感器）差动变气隙式电感传感器特点：提高灵敏度，改善线性特性。特点：提高灵敏度，改善线性特性。x 对于差动式传感器，当共用衔对于差动式传感器，当共用衔铁移动时，两线圈的间隙按铁移动时，两线圈的间隙按 0、0+变化，即一个线变化，即一个线圈自感增加，另一
6、个减小。圈自感增加，另一个减小。电感式传感器电感式传感器(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。涡流的大小与金属板的电阻率、磁导率、厚度以及金属板与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。线圈距离、激励电流、角频率等参数有关。涡流式传感器分为涡流式传感器分为高频反射式涡高频反射式涡流传感器和低频透射式传感器。流传感器和低频透射式传感器。金属板ii12.2.自感型自感型-
7、涡流式传感器涡流式传感器ML2L1usu2l电感式传感器电感式传感器(9/20)金属板置于线圈附近，相互间距为金属板置于线圈附近，相互间距为 。高频交变电流。高频交变电流i-磁通磁通 “旋涡状旋涡状”闭合感应电流闭合感应电流 i1（涡电流涡电流或或涡流涡流）交变磁交变磁通通 1 反作用于线圈。反作用于线圈。根据根据楞次定律楞次定律，涡流的交变磁场变化方向与线圈磁场变化方，涡流的交变磁场变化方向与线圈磁场变化方向相反，向相反，1总是抵抗总是抵抗 的变化，从而导致原线圈等效阻抗发的变化，从而导致原线圈等效阻抗发生变化。生变化。金属板ii11）高频反射式涡流传感器）高频反射式涡流传感器电感式传感器电
8、感式传感器(10/20)2）低频透射式涡流传感器）低频透射式涡流传感器n L1 和和L2分别为发射线圈和接收线圈。分别为发射线圈和接收线圈。n L1通低频（音频）交流电流。通低频（音频）交流电流。n 在在L2中中产生感应电压产生感应电压u2。金属板产生的涡流消耗了一部分磁场金属板产生的涡流消耗了一部分磁场能量，使能量，使u2有所降低，板越厚，有所降低，板越厚，u2越越低。低。ML2L1usu2l原线圈的等效阻抗原线圈的等效阻抗Z Z变化：变化：电感式传感器电感式传感器(11/20)电感式传感器电感式传感器(12/20)金属板置于线圈附近，相互间距为金属板置于线圈附近，相互间距为 。高频交变电流
9、。高频交变电流i-磁通磁通 “旋涡状旋涡状”闭合感应电流闭合感应电流 i1（涡电流涡电流或或涡流涡流）交变磁交变磁通通 1 反作用于线圈。反作用于线圈。根据根据楞次定律楞次定律，涡流的交变磁场变化方向与线圈磁场变化方，涡流的交变磁场变化方向与线圈磁场变化方向相反，向相反，1总是抵抗总是抵抗 的变化，从而导致原线圈等效阻抗发的变化，从而导致原线圈等效阻抗发生变化。生变化。工作原理通常线圈尺寸、激励电流通常线圈尺寸、激励电流i及其频率及其频率 一定，若金属板材料一一定，若金属板材料一定，变化定，变化 可以用来可以用来测量位移、振动测量位移、振动等参量。若等参量。若 一定，变化一定，变化 或或 可实现可实现材质鉴别材质鉴别或或无损探伤无损探伤。等效阻抗的变化程度与等效阻抗的变化程度与线圈尺寸线圈尺寸、距离距离、金属板、金属板电阻率电阻率 和和磁导率磁导率、线圈激励、线圈激励电流电流 i 及其及其频率频率 有关。有关。电感式传感器电感式传感器(13/20)表面裂缝检测表面裂缝检测径向振动测量轴心轨迹测量转速测量案例：连续油管的椭圆度测量案例：连续油管的椭圆度测量Coiled TubeEddy Sensor Reference Circle