传感器技术及应用 第四章 电感式传感器
电感传感器技术及应用
电感传感器技术及应用
电感传感器，又称为感应传感器，它通常是由一个线圈或多个线圈组成的，通过线圈的电流变化引起磁场变化，进而感应出磁场变化的信号。
由于电感传感器具有稳定性好、精度高、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于各种自动化控制系统中。
电感传感器有许多种类，最常见的是压力传感器、位移传感器、角度传感器等。
在这些应用中，电感传感器可以通过量化信号来获取物理参数。
例如，压力传感器将压力传递到线圈中。
压力的增加会导致线圈中电流的变化，从而感应出磁场变化的信号。
这些信号可以被检测到并用于计算出压力大小。
另一个常见的应用是位移传感器。
位移传感器可以检测物体位置的微小改变。
它通常由一对线圈构成，其中一圈是发射线圈，另一圈是接收线圈。
当物体移动时，它会在两个线圈之间诱导出一定的电流，从而产生感应信号。
这些信号可以被处理并用于计算物体的位置变化。
电感传感器还用于能源管理领域，特别是在能源收集、分配和监测方面。
通过安装电感传感器，可以监测能源的流动并计费。
这种信息被用于更好地管理能源使用和支出。
除此之外，电感传感器还被广泛应用于工业自动化系统中。
电感传感器可以用于
检测流体、温度、电流、电压等方面。
这些应用广泛应用于各类工业制造过程，从而实现生产优化和效率提升。
总的来说，电感传感器的应用前景广阔。
它属于常规传感器中的一种，而且稳定性强、精度高、抗干扰能力强等优点使它在各种应用场合中都具有广泛的应用前景。
传感器原理与应用
《传感器原理与应用》 , 第58页第四章电感式传感器电感式传感器是利用电磁感应把铰测的物理量加位移、压力、流量、振动等转换成线圈的自感系数人或互感系数AJ的变化，再由涵量电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。
电感式传感器具有以下特点：(1)结构简单，传感器无活动电触点，因此工作可靠寿命长；(2)灵敏度和分辨率高，能测出0．01Pm酌位移变化。
传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出；(3)线性度和重复性都比较好，在一定位移范围几十微米至数毫米内．传感器非线性误差可做到0．05％一0．1％，并且稳定性也较好。
同时．这种传感器能实现信息的远距离传辖、记录、显示和控制，它在上业自动控制系统中广泛被采用；但是它台频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。
电感式传感器种类很多，本章主要介绍自感式、互感式和涡流式三种传感器。
变磁阻式传感器变磁阻式传感器的结构如图4—1所示。
它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。
铁芯利衔铁都由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成。
在铁芯和活动衔铁之间有气隙，气隙厚度为8。
传感器的运动部分与衔铁相连，当衔铁移动时，气院厚度6发生变化，从而使磁路中磁配变化．导致电感线圈的电感值变化，这样可以籍以判别被tIg量的位移大小。
线圈的电感值L可按下列电工学公式计算：式中贝——线圈匝数；RN——单位长度上磁路的总磁阻磁路总磁阻可写为式中 Rf——铁芯磁阻；R6——空气气隙磁阻式(4—3)中第一项为铁芯磁阻v第二项为衔铁磁阻；Ll一一磁通通过铁芯助长度(m)；4l——铁芯横截面积(m’)；Al——铁芯材料的导磁率(H／m)；乙——磁通通过衔铁的长度(m)；A2——衔铁横截面积(m2)；A：——衔铁材料的导磁率(H／m)；j一—气隙厚度(m)；A一—气隙横截面积(m’)；P。
——空气的导磁率(4n×10“H／m)。
由于及f《Rj，常常忽略Rf，因此，可得线圈电感为《传感器原理与应用》 , 第59页由式(4—5)可知，当线圈匝数确定后，只要改变j和4均可导致电感的变化，因此v变碰阻式传感器又可分为变气隙厚度6的传原器和变气隙面积4的传感器。
《传感器原理及工程应用》课后答案
第1章传感器概述1．什么是传感器？（传感器定义）2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？4．解释下列名词术语： 1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。
第1章传感器答案：3．答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。
传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
4．答：①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。
②传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。
③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。
④变送器：能输出标准信号的传感器第2章传感器特性1．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？2．某传感器精度为2%FS ，满度值50mv ，求出现的最大误差。
当传感器使用在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差，并说出结论。
3．一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，用它测量频率为400的正弦外力，幅植比，相角各为多少？ε=0.7时，，又为多少？4．某二阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度误差小于3%，试求：决定此传感器的工作频率。
5. 某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。
6. 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。
7．测得某检测装置的一组输入输出数据如下：a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b)用C语言编制程序在微机上实现。
8．某温度传感器为时间常数 T=3s 的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温差的1/3和1/2所需的时间。
电感式传感器的特性及应用
电感式传感器的特性及应用电感式传感器是一种通过测量电感值的变化来实现信号的检测和转换的传感器。
它利用了物体与线圈之间的磁场相互作用来实现信号的感知和测量。
电感式传感器具有灵敏度高、响应速度快、质量轻、成本低、结构简单等特点，因此在众多领域得到广泛应用。
首先，电感式传感器的特性主要表现在以下几个方面：1. 灵敏度高：电感式传感器通过测量线圈的电感值来感知外部物体的磁场，具有较高的灵敏度，可以实现对微小磁场变化的检测。
2. 响应速度快：电感式传感器的响应速度较快，可以及时对外部磁场的变化做出响应，实现实时监测和控制。
3. 宽频段：电感式传感器在很大程度上不受频率的限制，可以检测到较宽范围内的磁场信号。
4. 成本较低：由于电感式传感器的结构相对简单，所需材料较少，因此成本相对较低。
其次，电感式传感器具有广泛的应用领域，常见应用如下：1. 位移测量：电感式位移传感器可以通过感应物体与线圈之间的磁场来实现对物体位移的测量。
在机械、汽车、仪表等领域中广泛应用于位移、位置或端点检测等。
2. 速度测量：通过测量转子上的磁场与线圈之间的电感值变化，可以实现转子转速的检测，广泛应用于发电机、电机和机械制造等领域。
3. 流量测量：电感式流量传感器通常通过测量流体通过导体管道时磁场的变化来实现对流速的测量，广泛用于石油、化工、水处理等行业中的流量检测。
4. 重量测量：电感式传感器可通过检测导体中电流的变化来实现对物体重量的测量，广泛应用于电子天平、电子秤等领域。
5. 磁场检测：电感式传感器可感知磁场的强度和方向，广泛应用于磁场地质、磁场测量仪等领域。
6. 位置检测：电感式传感器可以通过检测物体与传感器之间的磁场变化来实现对物体位置的检测，常用于自动控制和机器人定位等领域。
总之，电感式传感器具有较高的灵敏度、响应速度快、结构简单等特点，能够实现对磁场信号的感知和测量。
其应用广泛，包括位移测量、速度测量、流量测量、重量测量、磁场检测、位置检测等领域。
传感器原理及工程应用习题参考答案
《传感器原理及工程应用》习题答案第1章 传感与检测技术的理论基础（P26）1—1：测量的定义？答：测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。
所以, 测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较， 确定被测量对标准量的倍数。
1—2：什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？1－3 用测量范围为－50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：已知： 真值L ＝140kPa 测量值x ＝142kPa 测量上限＝150kPa 测量下限＝－50kPa∴ 绝对误差 Δ＝x-L=142-140=2(kPa)实际相对误差 ％＝＝43.11402≈∆L δ标称相对误差 ％＝＝41.11422≈∆x δ引用误差％－－＝测量上限－测量下限＝1)50(1502≈∆γ1－10对某节流元件（孔板）开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量，测量数据如下（单答：绝对误差是测量结果与真值之差, 即: 绝对误差=测量值—真值相对误差是绝对误差与被测量真值之比,常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示 , 即: 相对误差=绝对误差/测量值 ×100%引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示, 即: 引用误差=绝对误差/量程 ×100%位：mm ）：120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出其测量结果。
解：则 2072.410.03270.0788()0.104d G mm v σ=⨯=<=-，所以7d 为粗大误差数据，应当剔除。
然后重新计算平均值和标准偏差。
当n ＝14时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.37。
传感器原理与应用习题及答案
《第一章传感器的一般特性》1转速（r/min）0 500 1000 1500 2000 2500 3000输出电压（V）0 9.1 15.0 23.3 29.9 39.0 47.51）该测速发电机的灵敏度。
2）该测速发电机的线性度。
2．已知一热电偶的时间常数τ=10s，若用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540οC和500οC 之间按近似正弦曲线波动，周期为80s，静态灵敏度k=1，试求该热电偶输出的最大值和最小值，以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。
3．用一只时间常数为0.355s 的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值误差为多少？4．若用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试，如幅值误差要求限制在5%以内，则时间常数应取多少？若在该时间常数下，同一传感器作50Hz正弦信号的测试，这时的幅值误差和相角有多大？5．已知某二阶系统传感器的固有频率f0=10kHz，阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。
6．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。
《第二章应变式传感器》1．假设某电阻应变计在输入应变为5000με时电阻变化为1%，试确定该应变计的灵敏系数。
又若在使用该应变计的过程中，采用的灵敏系数为 1.9，试确定由此而产生的测量误差的正负和大小。
2．如下图所示的系统中：①当F＝0和热源移开时，R l＝R2＝R3＝R4，及U0＝0；②各应变片的灵敏系数皆为+2.0，且其电阻温度系数为正值；③梁的弹性模量随温度增加而减小；④应变片的热膨胀系数比梁的大；⑤假定应变片的温度和紧接在它下面的梁的温度一样。
在时间t＝0时，在梁的自由端加上一向上的力，然后维持不变，在振荡消失之后，在一稍后的时间t1打开辐射源，然后就一直开着，试简要绘出U0和t的关系曲线的一般形状，并通过仔细推理说明你给出这种曲线形状的理由。
电感式传感器应用场景
电感式传感器应用场景以电感式传感器应用场景为题，本文将介绍电感式传感器的工作原理、主要应用领域以及未来发展趋势。
一、电感式传感器的工作原理电感式传感器是利用电感的变化来检测物理量的传感器。
它由感应线圈和铁芯组成。
当感应线圈中通过交变电流时，会在铁芯中产生交变磁场，进而引起感应线圈中的电感值发生变化。
通过测量感应线圈中的电感值的变化，可以判断被测量的物理量的变化情况。
二、电感式传感器的主要应用领域1. 位移测量：电感式传感器可以通过测量电感值的变化来实现位移测量，广泛应用于机械加工、自动化控制等领域。
例如，在汽车制造过程中，可以利用电感式传感器来测量发动机的运动轨迹，从而实现精确的运动控制。
2. 压力测量：电感式传感器可以通过测量被测物体所受压力引起的变形来实现压力测量，常用于工业生产中的液位、气体压力等的测量。
例如，在石油化工行业中，可以利用电感式传感器来测量管道中的液位，以确保生产过程的安全和稳定。
3. 温度测量：电感式传感器可以通过测量被测物体温度引起的热膨胀变化来实现温度测量，被广泛应用于工业生产中的温度控制领域。
例如，在电力行业中，可以利用电感式传感器来测量变压器的温度，以避免过热引发事故。
4. 流量测量：电感式传感器可以通过测量流体流动引起的涡旋产生的电感值变化来实现流量测量，常用于工业生产中的流体控制领域。
例如，在化工行业中，可以利用电感式传感器来测量管道中的流体流量，从而实现精确的流量控制。
三、电感式传感器的未来发展趋势随着科技的不断进步，电感式传感器在各个领域的应用也在不断拓展。
未来，电感式传感器有以下几个发展趋势：1. 进一步提高精度：随着技术的发展，电感式传感器的测量精度将进一步提高，可以实现更加精确的测量。
这将在工业自动化、医疗诊断等领域发挥重要作用。
2. 增加多功能性：未来的电感式传感器将具备更多的功能，可以同时测量多个物理量，并实现多种复杂的控制。
这将提高传感器的应用灵活性和效率。
(完整版)传感器教案
传感技术及应用课程教案第一章传感器概述§1-1 传感器与非电量测量一、非电量与非电量测量一切物质都处在永恒不停的运动之中。
物质的运动形式很多，它们通过化学现象或物理现象表现出来。
表征物质特性或其运动形式的参数很多，根据物质的电特性，可分为电量和非电量两类。
电量一般是指物理学中的电学量，如电压、电流、电阻、电容、电感等；非电量则是指除电量之外的一些参数，如压力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、转速、温度、浓度、酸碱度等。
在众多的实际测量中，大多数是对非电量的测量。
在早期，非电量的测量多采用非电的测量方法，例如用尺测量长度；用秤称重量；用水银温度计测温度等等。
但随着科学技术的发展，对测量的准确度、测量速度、尤其对被测量动态变化过程的测量和远距离的检测都提出了更高的要求，原有的非电量测量方法已无法适应这一需要。
因此需要研究新的测量方法和技术。
这就是非电量的电测技术，这种技术就是用电测技术的方法去测量非电的物理量。
（或称把被测非电量转换成与非电量有一定关系的电量，再进行测量的方法）。
非电量电测技术的主要特点：1.应用了已经较为成熟和完善的电磁参数测量技术、理论和方法。
因而，非电量电测技术中的关键技术是研究如何将非电量变换成电磁量的技术——传感技术。
2.便于实现连续测量。
连续测量对于某些参数的自动测量（例如地震监测等）是十分重要的，但用非电的方法连续测量大电量却难以实现。
3.电信号容易传输（有线、无线）、转换（放大、衰减、调幅、调频、调相等）、记录、存贮和处理，便于实现遥测、巡回检测、自动测量，并能以模拟或数字方式进行显示和记录测量结果。
4.可在极宽的范围内以较快的速度对被测非电量进行准确的测量。
5. 与计算机相配合可进行传感器输出非线性的校正，误差的计算与补偿，进而使仪器智能化。
同时，也可实现某些参数的自动控制。
6.可完成用非电量方法无法完成的检测任务（如温度场测量等）。
二、非电量电测系统随着计算机技术的普及和应用，人们对传感技术的重要性有了进一步的认识，把传感器视为计算机的“五官”，推动了传感技术的发展。
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• 图4-4所示为螺管式电感传感器的结构示意图。当活动衔铁随 被测物移动时，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈电 感量也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深 度有关。
• 设线圈长度为l、线圈的平均半径为r、线圈的匝数为N、衔铁 • 进试则入验线线与圈圈理的的论电长证 感h度明 量l，La、与若衔衔忽铁铁略的进次半入要径线因为圈素r的a，、长且铁度满心l 足的的上9l关一》有页系r效，可磁下表导一示率页为为返µm回。
h
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4.1 自感式电感传感器
• 忽略高次项，其电感的变化量为
L
2
L
0
• 可见，差动式的灵敏度比单边式的增加了近一倍，而且其非 线结性构误。差差0 比动.3单 变~边 隙0.4的 式要 电小 感得 传多 感。 器所 的以 线， 性实 工用 作中 范经围常一采般用差动式
•取
Байду номын сангаас
。
• 4.1.2 变面积型电感传感器
• 所取以非线 性0是.1较~严0.重2的。。为了得到一定的线性度，一般
• 为解决这一矛盾，通常采用差动变隙式电感传感器，差动式 变间隙电感传感器，要求上、下两铁心和线圈的几何尺寸与 电气参数完全对称，衔铁通过导杆与被测物相连，当被测物 上下移动时，衔铁也偏离对称位置上下移动，使一边间隙增 大反式，的。而变两另化个一，线 LL 0 边 一 圈 减 个 电2小 线 感 ， 圈 的0两 的 总个 电 变( 回 感 化0 )路 增 量3 的加 为(磁， 0阻一)5发个生则大减 小少相，等形、成方差向动相形
• •
因时为可—一以—般忽空导略气磁 不隙R体 计m横的 ，截磁面20阻积s 0与(m空2)气；隙的磁阻相比是很小的，计算
•则
h
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4.1 自感式电感传感器
•
因此，自感L可写N为2
L
0
s0
•
2
(4-2)
• •
2. 变气隙式自感传感器的输出特性 当衔铁处于初始位置 时，初始电感量L0为
• 如果变隙式电感传感器的气隙长度不变，铁心与衔铁之间相 对覆盖面积随被测量的变化而改变，从而导致线圈的电感量
发生变化，这h种形式称之为变面积型电感传上8感一器页，下其一结页构示返回
4.1 自感式电感传感器
• 通过分析可知，线圈电感量L与气隙厚度是非线性的，但与 磁通截面积s却是成正比，是一种线性关系。特性曲线如图43所示。
4.1 自感式电感传感器
• •
则L 线圈4π 的l22 N 电2感 lr量2 L(与m 衔 铁1)l进ara 入2 线圈的长度la的关系可表(4示-6为)
• 通过以上三种形式的电感传感器的分析，可以得出以下几点 结论。
• 变间隙式灵敏度较高，但非线性误差较大，自由行程较小， 且制作装配比较困难。
• 变面积式灵敏度较前者小，但线度较好，量程较大，使用比 较广泛。
h
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4.1 自感式电感传感器
• 电感量的相对变化为
1
L1 L0
0
(11 0
)( )
0
• 当 0 L L 01时 ， 可 0将 上( 式 0展)2 开 成( 泰 0勒)2级数形式
•
(4-3)
• 同理，当L2衔铁L 上L移0 L时0，0 电感量变化为ΔL2
•
电感量LL 的02 相 对变0 化为
1
(1 0 )(0 )
• 同样展开成泰h勒级数形式
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4.1 自感式电感传感器
•
L L 02 0 ( 0)2( 0)3
(4-4)
• 忽略式 L(4-3)或式 (4-4)中二次项以上的高次项，可得
L0
0
L K
L0
• 传感器的灵敏度为
0
• 由上式可见，变隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性
度相矛盾。线圈电感与气隙长度的关系为非线性关系，非线
性度随气隙变化量的增大而增大，只有当Δd 占很小时，忽略
高次项的存在，可得近似的线性关系〔这里未考虑漏磁的影
响)。所以，单边变间隙式电感传感器存在线性度要求与测量
范围要求的矛h盾。
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4.1 自感式电感传感器
• 电感L与气隙长度的关系如图4-1(b)所示。它是一条双曲线，
L0
N 2 0 s0 2 0
•• L 1 表比如当 明。图衔L 自当铁4L -10 感固下( bL定移2 )所与( N sΔ00 示2 空不 0 。时 气s 变0 ，隙) ， 传变N 感成2 化20 0 器反s 0 气比时 隙，N ，2 2 增而L0 0 与s 大与0 ( Δ空2 呈气0 ，2 非隙2 0 电 线导感性 磁量1 () 截双变 面曲L 化0 积线为0 s) Δ关0成 L系1正，
第4章 电感式传感器
• 4.1 自感式电感传感器 • 4.2 互感式电感传感器 • 4.3 电涡流式传感器
h
1
4.1 自感式电感传感器
• 4.1.1 变隙式传感器
• 1. 工作原理 • 变隙式传感器的结构原理如图4-1(a)所示，它主 要由线圈、铁
心及衔铁等组成。在铁心和衔铁之间有空 气隙 ，线圈匝数 N，每匝线圈产生的磁通为φ。传感器工作时，衔铁与被测物 体连接，当被测物移动时，气隙厚度 发生变化，气隙的磁 阻量发的生位相移应大的 小变 。化，从L而导致iφ 电感的变化，就可以确定被测 • 根据电磁感应定律，当线圈中通以电流 i时，产生磁通，其大 小与电流成正比，即
• 对于变隙式电h感传感器，如果空气隙 较小2，若忽下略一磁页路铁返回
4.1 自感式电感传感器
Rm
l
s
2 0s 0
• 式 中 λ —— 导磁体(铁心)的长度(m)；
• —— 铁心导磁率(H/m)；
• •
s
s
00————铁空心气导隙磁长横度截(m面)0；积4π (m120)，7
• ——空气导磁率，
(H/m)；
• 螺管式灵敏度较低，测量误差小，但量程大且结构简单易于 制作和批量生产，是使用越来越广的一种电感式传感器。
• 4.1.4 差h动式电感传感器 上1一0 页 下一页 返回
4.1 自感式电感传感器
• 在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁， 构成差动式电感传感器，这样可以提高传感器的灵敏度，减
小测量误差。
• 图4-5所示是变间隙式、变面积式及螺管式3种类型的差动式 电感传感器。
• 差动式电感传感器的结构要求两个导磁体的几何尺寸及材料 完全相同，两个线圈的电气参数和几何尺寸完全相同。