电感式传感器是基于电磁感应原理，将被测非电量转换为电感量变化的一种传感器。按其转换方式的不同，可分为自感式（包括可变磁阻式与涡流式）和互感式（如差动变压器式）两大类型。

1.自感式电感传感器

自感式可分为可变磁阻式和涡流式两类。

（1）可变磁阻式电感传感器 典型的可变磁阻式电感传感器的结构如图5-9所示，主要由线圈、铁心和活动衔铁所组成。在铁心和活动衔铁之间保持一定的空气隙δ，被测位移构件与活动衔铁相连，当被测构件产生位移时，活动衔铁随着移动，空气隙δ发生变化，引起磁阻变化，从而使线圈的电感值发生变化。当线圈通以励磁电流时，其自感L与磁路的总磁阻R_m有关，即

图5-9 可变磁阻式电感传感器

1—线圈 2—铁心 3—衔铁

式中 W——线圈匝数；

R_m——总磁阻。

如果空气隙δ较小，而且不考虑磁路的损失，则总磁阻为

式中 l——铁心导磁长度（m）；

μ——铁心磁导率（H/m）；

A——铁心导磁截面积（m²），A=ab；

δ——空气隙（m），δ=δ₀±Δδ；

μ₀——空气磁导率（H/m），μ₀=2π×10^-7；

A₀——空气隙导磁截面积（m²）。

由于铁心的磁阻与空气隙的磁阻相比是很小的，计算时铁心的磁阻可忽略不计，故

将式（5-13）代入式（5-11），得

式（5-14）表明，自感L与空气隙δ的大小成反比，与空气隙导磁截面积A₀成正比。当固定A₀不变，改变δ时，L与δ呈非线性关系，此时传感器的灵敏度

(www.daowen.com)

由式（5-15）得知，传感器的灵敏度与空气隙δ的二次方成反比，δ越小，灵敏度越高。由于S不是常数，故会出现非线性误差，同变极距型电容式传感器类似。为了减小非线性误差，通常规定传感器应在较小间隙的变化范围内工作。在实际应用中，可取Δδ/δ₀≤0.1。这种传感器适用于较小位移的测量，一般为0.001～1mm。

图5-10为差动式磁阻传感器，它由两个相同的线圈、铁心及活动衔铁组成。当活动衔铁接近于中间位置（位移为零）时，两线圈的自感L相等，输出为零。当衔铁有位移Δδ时，两个线圈的间隙为δ₀+Δδ、δ₀-Δδ，这表明一个线圈自感增加，而另一个线圈自感减小，将两个线圈接入电桥的相邻臂时，其输出的灵敏度可提高一倍，并改善了线性特性，消除了外界干扰。

可变磁阻式传感器还可做成改变空气隙导磁截面积的形式，当固定δ，改变空气隙导磁截面积A₀时，自感L与A₀呈线性关系。

图5-10 差动式磁阻传感器

（2）涡流式传感器 涡流式传感器是利用金属导体在交流磁场中的涡电流效应。如图5-11所示，金属板置于一只线圈的附近，它们之间相互的间距为δ。当线圈输入交变电流i₀时，便产生交变磁通量Φ。金属板在此交变磁场中会产生感应电流i，这种电流在金属体内是闭合的，所以称之为“涡流”。涡流的大小与金属板的电阻率ρ、磁导率μ、厚度h、金属板与线圈的距离δ、激励电流角频率ω等参数有关。若改变其中某一参数，而其他参数不变，就可根据涡流的变化测量该参数。涡流式传感器可分为高频反射式和低频透射式两种。

图5-11 高频反射式涡流传感器

1）高频反射式涡流传感器。如图5-11所示，高频（>1MHz）激励电流i₀产生的高频磁场作用于金属板的表面，由于趋肤效应，在金属板表面将形成涡电流。与此同时，该涡流产生的交变磁场又反作用于线圈，引起线圈自感L或阻抗Z_L的变化，其变化与距离δ、金属板的电阻率ρ、磁导率μ、激励电流i₀及角频率ω等有关，若只改变距离δ而保持其他系数不变，则可将位移的变化转换为线圈自感的变化，通过测量电路转换为电压输出。高频反射式涡流传感器多用于位移测量。

2）低频透射式涡流传感器。低频透射式涡流传感器的工作原理如图5-12所示，发射线圈W₁和接收线圈W₂分别置于被测金属板材料G的上、下方。由于低频磁场趋肤效应小，渗透深，当低频（音频范围）电压u₁加到线圈W₁的两端后，所产生磁力线的一部分透过金属板材料G，使线圈W₂产生感应电动势u₂。但由于涡流消耗部分磁场能量，使感应电动势u₂减少，当金属板材料G越厚时，损耗的能量越大，输出电动势u₂越小。因此，u₂的大小与G的厚度及材料的性质有关。试验表明，u₂随材料厚度h的增加按负指数规律减少。因此，若金属板材料的性质一定，则利用u₂的变化即可测量其厚度。

图5-12 低频透射式涡流传感器

2.互感式差动变压器电感传感器

互感式差动变压器电感传感器是利用互感量M的变化来反映被测量的变化。这种传感器实质是一个输出电压的变压器。当变压器一次绕组输入稳定交流电压后，二次绕组便产生感应电压输出，该电压随被测量的变化而变化。

差动变压器电感传感器是常用的互感型传感器，其结构形式有多种，以螺管形应用较为普遍，其结构及工作原理如图5-13a、b所示。传感器主要由绕组、铁心和活动衔铁三部分组成。绕组包括一个一次绕组和两个反接的二次绕组，当一次绕组输入交流激励电压时，二次绕组将产生感应电动势e₁和e₂。由于两个二次绕组极性反接，因此传感器的输出电压为两者之差，即e_y=e₁-e₂。活动衔铁能改变绕组之间的耦合程度。输出e_y的大小随活动衔铁的位置而变。当活动衔铁的位置居中时，即e₁=e₂，e_y=0；当活动衔铁向上移时，即e₁>e₂，e_y>0；当活动衔铁向下移时，即e₁<e₂，e_y<0。活动衔铁的位置往复变化，其输出电压e_y也随之变化。

图5-13 互感型差动变压器电感传感器

差动变压器传感器输出的电压是交流电压，如用交流电压表指示，则输出值只能反映铁心位移的大小，而不能反映移动的极性；交流电压输出存在一定的零点残余电压，零点残余电压是由于两个二次绕组的结构不对称、铁磁材质不均匀、绕组间分布电容等原因所形成。所以，即使活动衔铁位于中间位置时，输出也不为零。鉴于这些原因，差动变压器的后接电路应采用既能反映铁心位移极性，又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。

差动变压器传感器具有精度高达0.1μm量级、绕组变化范围大（可扩大到±100mm，视结构而定）、结构简单、稳定性好等优点，被广泛应用于直线位移及其他压力、振动等参量的测量。图5-14是电感测微仪所用的互感式差动位移传感器的结构图。

图5-14 差动式位移传感器的结构图

1—引线 2—固定瓷筒 3—衔铁 4—绕组 5—测力弹簧 6—防转销 7—钢球导轨 8—测杆 9—密封套 10—测端