汽车传感器工作方式及灵敏度曲线

自感式传感器利用了电感线圈的自感随被测量而变的特性，可用于位移、压强、液位等参数的测量。根据工作方式的不同，自感式传感器有变磁路气隙式和变磁路截面式两种类型。

1.变气隙式自感传感器

变气隙式自感传感器如图2-13所示。

图2-13 变气隙式自感传感器

1—铁心 2—线圈 3—衔铁

根据电感的定义，线圈的电感量L与线圈匝数W、磁通量Φ和线圈电流有如下关系：

根据磁路的欧姆定律，磁通量与磁动势WI和磁路磁阻R_m的关系为

于是有

不考虑漏磁损失，磁路的磁阻包括铁心的磁阻、衔铁的磁阻和空气隙的磁阻，与空气的磁阻相比，铁心和衔铁的磁阻可以忽略不计，空气的磁阻与空气隙的长度δ₀、空气隙导磁的截面积A₀及真空磁导率μ₀有如下关系

于是有

将式（2-13）代入式（2-12），得

从式（2-14）可知，这种变气隙式自感传感器其电感量L随气隙δ成反比，呈非线性变化（图2-14）。

对式（2-14）求微分，得

变换上式，得dL与dδ的比值S为

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图2-14 变气隙式自感传感器特性曲线

S就是传感器的灵敏度，由上式可知，变气隙式自感传感器其灵敏度S是变化的，且与空气隙δ的平方成反比。变气隙式自感传感器减小其非线性和提高灵敏度的措施是：

1）传感器在很小的气隙变化范围内工作。通常规定δ在0.001～1mm范围之内。

2）采用差动结构。差动式自感传感器的结构原理与特性如图2-15所示。当传感器的衔铁随被测量移动时，两线圈磁路的气隙一增一减，线圈电感则一减一增，通过测量电路，使传感器的灵敏度提高一倍，非线性则减小。

图2-15 差动式自感传感器

a）传感器的组成 b）传感器的特性

1—上铁心 2—衔铁 3—下铁心

2.变截面式自感传感器

变截面式自感传感器如图2-16所示。

变截面式自感传感器磁路的空气隙δ不变，通过改变磁路截面的面积A使线圈的电感量变化。其关系式如下：

由式（2-15）可见，磁路的截面积与线圈的电感成正比关系。

对上式微分，即

得灵敏度S关系式为

从上式可知，变截面式自感传感器的灵敏度S不随被测量的变化而改变，但由于空气中的磁导率μ₀很小，其灵敏度较低，因此，只适用于大位移量的测量。

图2-16 变截面式自感传感器

1—线圈 2—铁心 3—衔铁