电感传感器测量线路主要采用交流电桥。交流电桥的固定桥臂可以是电阻、变压器的次级绕组或紧耦合的电感。需要指出的是，紧耦合电感电桥无论是在灵敏度指标上还是在电桥的平衡上都更优越。

简单自感传感器的测量线路，该线路的输出量是电流。该线路在精密测量中存在如下一些缺点：线性工作范围窄；无输入时就存在起始电流，因此不能实现零输入时零输出的要求，且激磁电流产生的磁场使衔铁产生附加位移将引起测量误差。将简单自感传感器的自感量转换成电的频率变化的设想是：将简单自感传感器与电容器构成一振荡器的线路，于是振荡器的振荡频率便是传感器自感量的函数。实现上述设想的典型线路，这是一个电容三点式振荡器。

常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。

变间隙型电感传感器：这种传感器的气隙δ随被测量的变化而改变,从而改变磁阻。它的灵敏度和非线性都随气隙的增大而减小，因此常常要考虑两者兼顾。δ一般取在0.1～0.5毫米之间。

变面积型电感传感器：这种传感器的铁芯和衔铁之间的相对覆盖面积（即磁通截面）随被测量的变化而改变,从而改变磁阻。它的灵敏度为常数，线性度也很好。

螺管插铁型电感传感器：它由螺管线圈和和被测物体相连的柱型衔铁构成。其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化。衔铁随被测物体移动时改变了线圈的电感量。这种传感器的量程大，灵敏度低，结构简单，便于制作。

电感式传感器的特点是：①无活动触点、可靠度高、寿命长；②分辨率高；③灵敏度高；④线性度高、重复性好；⑤测量范围宽（测量范围大时分辨率低）；⑥无输入时有零位输出电压，引起测量误差；⑦对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高；⑧不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。

由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。

带有模拟输出的电感式接近传感器是一种测量式控制位置偏差的电子信号发生器，其用途非常广泛。例如：可测量弯曲和偏移；可测量振荡的振幅高度；可控制尺寸的稳定性；可控制定位；可控制对中心率或偏心率。

电感传感器还可用作磁敏速度开关、齿轮齿条测速等，该类传感器广泛应用于纺织、化纤、机床、机械、冶金、机车汽车等行业的链轮齿速度检测，链输送带的速度和距离检测，齿轮齿计数转速表及汽车防护系统的控制等。另外该类传感器还可用在给料管系统中小物体检测、物体喷出控制、断线监测、小零件区分、厚度检测和位置控制等 。

在工业测量领域中，传感器和测量电路一般不可避免的会存在零点残余电压和零点漂移，即零点误差。零点误差的处理对仪器的测量精度起着关键性的影响。研究以自感式电感传感器为例，提出了零点误差处理的一些措施。实验证明，这些措施对抑制零点误差、提高仪器测量精度是有效的。

零点误差测量原理及零点残余电压的产生

自感式电感传感器是一种建立在电磁感应基础上，利用线圈的自感变化原理实现非电量电测的传感器。如图 1 所示为螺管型差动式电感测头的结构。它主要由测头10、衔铁 3、以及两个电气参数和磁路完全相同的线圈 2 和 4 组成。测头 10 与被测物体直接接触，当被测物体产生微小的位移时，测头 10 通过测杆 8 带动衔铁在电感线圈 2 和 4 中产生移动，使其中一个线圈的电感增加，一个线圈的电感减少，形成差动结构。电感的测量电路有许多，变压器电桥是其中最典型的一种。变压器电桥如图 2 所示，它是从变压器次级中心抽头， 把次级分为两个绕组接入电桥作为电桥的两邻臂， 另外两臂由两差动电感线圈构成。

理想情况下，变压器次级绕组上下两部分对称，故两部分的电压相等。电桥平衡时，输出电压应为零，但实际当衔铁位于平衡位置时，会存在一个零点几毫伏甚至达到数十毫伏的微小电压输出，即零点残余电压。从示波器上观察，它包含了很多幅值和频率互不相同的谐波成分，由基波和高次谐波两个部分组成。

零点误差零点残余电压产生的原因

零点残余电压产生的主要原因有：

（1） 次级两个线圈电气参数和几何尺寸不对称，两线圈电势幅值和相位均不相等；

（2） 两个电感线圈的电气参数以及导磁体几何尺寸不可能完全对称；

（3） 传感器本身磁芯磁化曲线的非线性。零点残余电压是影响传感器测量精度的主要因素之一，它使传感器灵敏度下降，非线性误差增大，甚至使放大器末级趋于饱和，导致仪器电路不能正常工作。

针对其产生的原因，采取以下措施对零点残余电压进行处理：

（1） 提高变压器次级两绕组的对称性变压器将正弦激励电源耦合提供给电桥，对测量精度最大的影响是当二次侧线圈不对称时而导致零点残余电压的产生。为此，我们在变压器的形状、铁芯材料、线圈的材料和直径尺寸、匝数、匝比、绝缘材料的选择以及绕制的方法等方面进行了精心的挑选和设计，文献 对于变压器的设计进行了详细的介绍。

为了保证二次侧线圈的对称性，在经过精心的设计之后对变压器进行了测试。将信号发生器产生的峰-峰值15V，频率 9.6kHz 的正弦波（ 模拟电感传感器二次测量电路变压器电桥正弦载波的输入）输入到变压器的初级，如图 3 所示，从示波器观察到从变压器次级输出的两个正弦波幅值完全一致，为 5V，相位相反。

（ 2） 采用试探法对电桥电路进行了设计和改进

如图 4 所示，首先将电位器 R₁ 串入电桥的一臂，通过示波器观察交流放大后的输出，移动测头将衔铁向平衡位置移动，并调节电位器的阻值，直至使示波器上的波形幅值尽量降低为零。在调试过程中，出现了电压不能到零位的情况，这主要是因为串入的桥臂阻抗本身已高出另一桥臂所致，这时应将电位器串入另外一臂或者将变压器的二次侧的两个绕组的抽头位置变换一下，再重新调整电位器，即可以找到对应于基波为零的位置。

当零点残余电压的基波分量调为零后，只剩下高次谐波分量，这主要是由于传感器磁芯的磁化曲线的非线性引起的，虽然通过变压器耦合给二次侧的电源波形为正弦波电源，但是通过线圈的电流发生了畸变，包含了高次谐波分量。理论上差动式结构传感器对于这些高次谐波分量可以完全抵消，但由于电桥并不能严格对称，在两电感线圈的非线性不一致的情况下，只能抵消一部分。为此，在两电感线圈并联了电阻 R₃和电位器 R₂，对电感线圈分流，改变磁化曲线上的工作点，让其工作在线性阶段，减少谐波分量，并调节电位器 R₂，使高次谐波减至最小。按照文献 所提出的后接相敏检测电路的方法也可对谐波进行抑制。

（3）采用软件自动补偿

传感器的零位误差从理论上通过电路设计和调试可以完全消除，但实际上传感器和测量电路的特性还会受时间和环境等因素的影响，比如传感器输出的信号通常通过电缆线接入测量电路，只要电缆被拨动一下，电桥参数就相应会发生变化，零点位置产生偏移，甚至每次开机测量都会导致电桥零位的偏移，此时必须重新对电路进行阻抗匹配调试等，测量过程极为不便。为此，设计了软件补偿技术来自动校正零点漂移误差。每次测量之前，由计算机将数据处理中的零点输出 N₀ 进行存储，然后再将其他的采样数据相应的减去 N₀，这样可以消除由于零点漂移对测量精度的影响。

零点误差实验结果

用德国 Mahr 公司生产的 Millitron No. 1234 IC电感测微仪和中原量仪生产的BCT-5C 型微动台架对电感传感器进行标定。标定时，将两个电感传感器一同安装在微动台架的斜面上。输入位移量以德国 Mahr 公司生产的 Millitron. No. 1234 IC 电感测微仪读数为基准，微进给 BCT-5C 型微动台架实现。经过多次实验，发现当自行研制的电感测微仪有1~2mV（对应采样数据为 1~2 个字）的变动量时，德国电感测微仪示值保持不变，由此得出结论为：电感测微系统的分辨率优于 0.01 m。

实验证明，上述措施对电感传感器存在的零点误差进行了有效地抑制，使得测量的精度得到了很大的提高。 2100433B