电感式传感器.
电感式传感器标准
电感式传感器标准
电感式传感器是一种利用电感效应来检测物体的存在或位置变化的传感器。
以下是一些电感式传感器的标准：
1.国际电工委员会（IEC）标准：IEC 60947-5-2规定了电感式接近开关的电气和机械要求。
该标准适用于额定电压不超过1000V AC或1500V DC的开关。
2.德国标准（DIN）：DIN EN 50271规定了电感式接近开关的电气和机械要求，包括额定电流、额定电压、响应时间等方面的要求。
3.美国标准（ANSI）：ANSI S83.01-2009规定了电感式接近开关的电气和机械要求，包括额定电流、额定电压、响应时间等方面的要求。
4.欧洲标准（EN）：EN 60947-5-2规定了电感式接近开关的电气和机械要求，适用于额定电压不超过1000V AC或1500V DC的开关。
这些标准规定了电感式传感器的基本要求，包括电气参数、机械参数、环境适应性等方面的要求。
这些标准的目的是确保电感式传感器的质量和性能符合国际标准，并保证其安全可靠地使用。
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。
电感式传感器
• 需要采取相应的防护措施
成本相对较高
• 由于制造工艺和材料的要求较高，成本相对较高
• 在一些对成本敏感的应用中，可能不如其他类型的传感器受欢迎
电感式传感器的性能比较
与电阻式传感器的比较
与电容式传感器的比较
• 电感式传感器具有较高的灵敏度和精度，但成本较高
• 电感式传感器具有较高的灵敏度和精度，但受电磁场影
降低传感器的成本和体积
• 优化制造工艺，降低传感器的成本和体积
• 采用新型材料和封装技术，提高传感器的性能和寿命
电感式传感器的市场需求分析
工业领域的需求
• 自动化生产线、机器人、过程控制等领域的需求持续增长
• 对传感器的性能、稳定性和可靠性要求不断提高
家用电器领域的需求
• 家电安全检测、节能控制、智能化等领域的需求持续增长
D O C S S M A RT C R E AT E
电感式传感器原理与应用
CREATE TOGETHER
DOCS
01
电感式传感器的基本原理
电感式传感器的定义与分类
电感式传感器的定义
• 以电感量为测量对象的传感器
• 通过电感变化量来检测被测量的变化
电感式传感器的分类
• 按结构分：线圈式、磁珠式、变压器式等
• 保证磁通的稳定性和线性度
⌛️
提高传感器的稳定性和可靠性
• 采取防护措施，减小环境因素的影响
• 优化制造工艺，提高传感器的性能和寿命
电感式传感器的制作方法与技巧
线圈的制作方法
磁路系统的制作方法
传感器的封装方法
• 绕制线圈，选择合适的导线材料和
• 选择合适的磁芯材料和磁路结构
• 采用塑料、金属等封装材料，保护
电感式传感器
汇报人：XX
• 电感式传感器概述 • 电感式传感器结构与设计 • 电感式传感器性能参数 • 电感式传感器测量电路 • 电感式传感器应用实例 • 电感式传感器发展趋势与挑战
01
电感式传感器概述
定义与工作原理
定义
电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量转换 成线圈自感系数或互感系数的变化，再由测量电路转 换为电压或电流的变化量输出的装置，用来检测位移 、压力、振动、应变、流量等参数。
铁粉芯磁芯具有较低的磁导率 和较高的饱和磁感应强度，适
用于大电流和低频电路。
硅钢片
硅钢片磁芯具有较低的磁滞损 耗和涡流损耗，适用于高精度
测量和控制系统。
非晶合金
非晶合金磁芯具有优异的磁性 能和机械性能，适用于高性能
传感器和电力电子器件。
03
电感式传感器性能参数
灵敏度与分辨率
灵敏度
电感式传感器的灵敏度是指其输出信 号与被测量变化之间的比值。高灵敏 度意味着传感器能够检测到微小的被 测量变化，并产生相应的输出信号。
压力测量应用
液压系统压力监测
在液压系统中，电感式传感器可 测量油液的压力变化，确保系统
的正常运行和安全性。
气动系统压力检测
电感式传感器可用于气动系统中， 检测气体压力的变化，为系统的稳 定性和效率提供保障。
工业过程压力监控
在化工、石油等工业过程中，电感 式传感器可实时监测管道或容器内 的压力变化，确保生产安全。
06
电感式传感器发展趋势与挑战
微型化与集成化发展趋势
微型化设计
随着微电子技术和微纳加工技术 的发展，电感式传感器的体积不 断缩小，实现微型化，有利于其 在狭小空间和复杂环境中的应用
电感式传感器
和Z2=Z—△Z，当ZL→∞时，电桥的输出电压为
.
.
U0
Z1
.
U
R1
.
U
Z1 2R
R(Z1
Z
2
)
.
U
U
Z（4-1-6）
Z1 Z2 R1 R2
(Z1 Z2 ) 2R
2Z
当ωL＞＞R’时，上式可近似为：
.
.
U0
U
L
2L
（4-1-7）
由上式可以看出：交流电桥的输出电压与传感器线圈电感的相对变化量是成正比的。
图4.2.2 差动变压器的等效电路
1-一次绕组 2、3 二次绕组 4-衔铁
.
由图4.2.2可以看出一次绕组的电流为：
.
I1
U1
R1 jL1
二次绕组的感应动势为：
.
E 21
jM1
.
I1
.
；E 22
jM 2
.
I1
.
由于二次绕组反向串接，所以输出总电动势为：
.
E2
j(M1
M2)
R1
U1 jL1
· E0
0
x
为了减小零点残余电动势可采取以下方法：
图4.2.3 差动变压器输出特性
I. 尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数玫磁路的对称。磁性材料要经过处理， 消除内部的残余应力，使其性能均匀稳定。
电感式传感器
电感式传感器
电感式传感器是一种利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种传感器装置，常用来测量位移、振动、力、应变、流量、加速度等物理量。
电感式传感器是基于电磁感应原理来进行测量的。
电感式传感器的分类
自感型——变磁阻式传感器
互感型——差动变压器式传感器
涡流式传感器——自感型和互感型都有
高频反射式——自感型
低频透射式——互感型
电感式传感器的优缺点
灵敏度高，分辨力高，位移：0.1mm ；
精度高，线性特性好，非线性误差：0.05[%]~0.1 [%] ；
性能稳定，重复性好；
结构简单可靠、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、对工作环境要求不高、寿命长能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制等。
缺点：存在交流零位信号，不适于高频动态信号测量。
电感式传感器的应用
具有结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等突出的优点，特别适合用于酸类，碱类，氯化物，有机溶剂，液态CO2，氨水，PVC粉料，灰料，油水界面等液位测量，目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、粮食等行业中应用广泛。
什么是电感式传感器？电感式传感器的工作原理介绍
什么是电感式传感器？电感式传感器的工作原理介绍电感式传感器的工作原理电感式传感器的工作原理是电磁感应。
它是把被测量如位移等，转换为电感量变化的一种装置。
按照转换方式的不同，可分为自感式(包括可变磁阻式与涡流式)和互感式(差动变压器式)两种：1、变磁阻式传感器当一个线圈中电流i变化时，该电流产生的磁通Φ也随之变化，因而在线圈本身产生感应电势e，这种现象称之为自感。
产生的感应电势称为自感电势。
变磁阻式传感器的结构如图1所示。
它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。
铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连。
当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。
特点：变磁阻式传感器具有很高的灵敏度，这样对待测信号的放大倍数要求低。
但是受气隙δ宽度的影响，该类传感器的测量范围很小。
2、差动变压器式传感器互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。
由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。
差动变压器式传感器输出的电压是交流量，如用交流电压表指示，则输出值只能反应铁芯位移的大小，而不能反应移动的极性;同时，交流电压输出存在一定的零点残余电压，使活动衔铁位于中间位置时，输出也不为零。
因此，差动变压器式传感器的后接电路应采用既能反应铁芯位移极性，又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。
把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。
这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。
差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等。
《电感式传感器》课件
战
新材料与新技术的应用
新材料
研究新型的敏感材料，如纳米材料、生物材料等，以 提高传感器的性能和稳定性。
新技术
引入新型的信号处理和数据处理技术，如人工智能、 机器学习等，以提高传感器的测量精度和响应速度。
提高测量精度与稳定性
优化设计
通过改进传感器的结构和设计，提高其测量精度和稳 定性。
误差补偿
采用误差补偿技术，减小或消除传感器测量过程中的误 差，提高测量精度。
03 电感式传感器的设计与优化
线圈材料与线圈结构
线圈材料
线圈材料的选择对电感式传感器的性 能有着重要影响。常用的线圈材料包 括铜、镍和铁等，它们具有不同的电 导率、磁导率和机械性能。
线圈结构
线圈的结构包括绕线方式、匝数、线 径等参数，这些参数直接影响着电感 式传感器的灵敏度和线性度。
磁芯材料与磁路设计
VS
互感优化
互感是电感式传感器中的一种干扰因素， 它会影响传感器的测量精度。优化互感的 方法包括合理安排线圈和磁芯的位置、采 用屏蔽措施等。
04 电感式传感器的实际应用案例
测量长度与位移的案例
总结词
在工业自动化生产线上，电感式传感器常被 用于测量长度和位移，以确保产品质量和生 产效率。
详细描述
电感式传感器利用电磁感应原理，通过测量 金属物体在磁场中的位移变化来检测长度和 位移量。这种传感器具有高精度、非接触、 长寿命等优点，广泛应用于金属材料、塑料 、纸张等产品的长度和位移检测。
测量电路与输出信号处理
总结词
电感式传感器需要配合适当的测量电路和输出信号处理方式，以获得准确的测量结果。
详细描述
电感式传感器输出的信号通常比较微弱，需要配合适当的测量电路和输出信号处理方式，如放大器、 滤波器、模数转换器等，以获得准确的测量结果。此外，为了减小误差和提高测量精度，还需要对电 感式传感器的输出信号进行误差补偿和校准。
电感式传感器及其应用全文
电感式传感器及其应用3.1自感式传感器3.2差动变压器式电感式传感器 3.3电涡流式电感传感器3.4电感式传感器的应用电感传感器（Inductance sensor）利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感量或互感量的变化，进而由测量电路转换为电压或电流的变化量。
电感式传感器种类很多，主要有自感式、互感式和电涡流式三种。
可用来测量位移、压力、流量、振动等非电量信号主要特点有：◆结构简单、工作可靠；◆灵敏度高，能分辨0.01μm的位移变化；◆测量精度高、零点稳定、输出功率较大；◆可实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，在工业自动控制系统中被广泛采用；主要缺点有：◆灵敏度、线性度和测量范围相互制约；◆传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量。
3.1自感式传感器3.1.1传感器线圈的电气参数分析3.1.2自感式传感器3.1.3自感式传感器的误差3.1.1一.传感器线圈的电气参数分析如图，其为一种简单的自感式传感器，当衔铁随被测量变化而上、下移动时，其与铁心间的气隙发生变化，磁路磁阻随之变化，从而引起线圈电感量的变化，然后通过测量电路转换成与位移成比例的电量，实现了非量到电量的变换。
可见，这种传感器实质上是一个具有可变气隙的铁心线圈。
1 l0 2类似于上述自感式传感器，变磁阻式传感通常都具有铁心线圈或空心线圈(后者可视作前者特例)。
电路参数及其影响：1.线圈电感L由磁路基本知识可知，匝数为W的线圈电感为式中——磁路总磁阻(31)-m R mR W L /2=当线圈具有闭合磁路时－导磁体总磁阻当线圈磁路具有小气隙时式中——气隙总磁阻(32)-(33)-δR δR W L /2=F R F R W L /2=等效磁导率:即将线圈等效成一封闭铁心线圈，其磁路等效磁导率为μe ，磁通截面积为S，磁路长度为l式中——真空磁导率，＝4π×10-7(H/ｍ)2.铜损电阻 取决于导线材料及线圈的几何尺寸3.涡流损耗电阻由频率为ｆ的交变电流激励产生的交变磁场，会在线圈铁心中造成涡流及磁滞损耗。
第三章 电感式传感器
所以
a L L' L0 L0 a
L L0 1 K0 a a
其灵敏度系数K0为
但是，由于漏感等原因，变面积式自感传感器在A=0时，仍 有一定的电感，所以其线性区较小，为了提高灵敏度，常将 δ做得很小。这种类型的传感器由于结构的限制，它的量程 也不大，在工业中用得不多。
3 螺管型自感传感器
有单线圈和差动式两种结构形式。 单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈和一根圆柱形铁 芯。传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管 线圈自感值的变化。当用恒流源激励时，则线圈的输出电压与铁 芯的位移量有关。
螺旋管
l r 铁心 x
单线圈螺管型传感器结构图
铁芯在开始插入（x=0）或几乎离开线圈时的灵敏度， 比铁芯插入线圈的1/2长度时的灵敏度小得多。这说明 只有在线圈中段才有可能获得较高的灵敏度，并且有 较好的线性特性。
U SC
Z1 Z2 Z1 Z 2 E E L1 L2 （Z1 Z2） 2 （Z1 Z2） 2
δ δ δ 2 δ 3 L1 L0 [1 ( )( ) ( ) ] δ0 δ0 δ0 δ0
L2 L0 δ δ δ 2 δ 3 [1 ( )( ) ( ) ] δ0 δ0 δ0 δ0
R
L L1 L2 2 L0 [1 0 0
L 2 L0 0
2
]
4
L L0 2 K0 0
①差动式自感传感器的灵敏度比单线圈传感器提 高一倍。 ②差动式自感传感器非线性失真小。
第三章 电感式传感器
电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非 电量如位移、压力、振动、流量等转换成线圈自 感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换 为电压或电流的变化量输出的传感器。
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第四章 电感式传感器 第二讲 差动变压器传感器
教学目的要求：1) 掌握互感式传感器的结构种类，了解其工作原理、输出特性，掌握其灵
敏度与初始平衡位置的气隙大小的关系。
2) 一般了解差动变压器配用的差动相敏检波电路的工作原理和基本特性，差动整流电路的工作原理。
教学重点：差动变压器传感器的测量电路及简单应用 教学难点：差动变压器传感器的的应用 教学学时：2学时 教学内容：
一．工作原理
把被测量变化转换为线圈互感量变化的传感器称为互感式传感器。
当这种传感器是根据变压器的原理,且次级绕组（输出）都用差动连接, 故称差动变压器式传感器。
二．基本特性
111
1
L j r U I ω+=
112I M j E a
ω-= 122I M j E b ω-=
b
1
1121222)(L j r U M M j E E U b a ωω+--
=-= 有效值
21
21211212])([)(L r U M M U ωω+-=
1) 活动衔铁处于中间位置时
M 1=M 2=M 故 02=U
2) 活动衔铁向上移动时
M 1=M+ΔM M 2=M-ΔM
故21
212112])(/[2L r U M U ωω+∆= ，与a E 2 同极性。
3) 活动衔铁向下移动时 M 1=M-ΔM M 2=M+ΔM
故 21212112])(/[2L r U M U ωω+∆-=
，
b
E 2
4）输出特点：输出（交流电压）幅值与衔铁偏移量成正比；衔铁过平衡点时，相位改变180度。
5）零点残余电压
由于差动变压器的两次侧绕组不对称（等效阻抗不一样），衔铁处于中间位置时输出不为零。
三．测量电路
1.相敏检波电路
放大，相敏检波，转化为直流输出
a)被测位移变化 b)变压器激励电压 c)差动变压器输出电压波形 d)相敏检波控制（解调）电压 e)检波（低通滤波后）输出
2. 差动整流电路。
这种电路是把差动变压器的两个次级电压分别整流，然后将整流后的电压或电流进行迭加作为输出。
现以电压输出型全波差动整流电路为例来说明其工作原理。
电路连接如图4-11所示。
由图可知，无论两个次级线圈的输出瞬时电压极性如何，流经两个电阻R 的电流总是从a 到b 从d 到c ，故整流电路的输出电压为
U o = U ab – U dc
当铁心在中间位置时，U o =0；铁心往上或往下移动时，输出电压的极性相反，于是零点残余电压自动抵消。
图4-11 全波差动整流电路
四、差动变压器传感器的应用举例
1.振动和加速度的检测
图4-13全波差动整流电路
u
o
图4-12 振动和加速度测量
2. 差动变压器式微压变送器
授课任务：分析以上例子的原理及电路形式，请同学独立思考。
本讲小结：
差动变压器式传感器结构类型很多，较为常用的是螺线管式差动变压器，当铁心位于平衡位置时，次级线圈的输出电压U o =0，当铁心上移或下移时，U o ≠0，根据检测的U o 的大小，即可反映出被测位移的大小。
差动变压器式传感器判别被测量的方向由其测量电路完成，测量电路大多采用差动相敏检波电路和差动整流电路。
差动相敏检波电路不仅可以检测出位移的大小，还能检测位移的方向，并且能较好地消除零点残余电压。
差动整流电路是先把差动变压器两个次级线圈的互感电动势分别整流，再将整流后的电量差动输出。
作业：
分析如图4-12，画出每个输出部分的波形。
图 4-13 微压变送器。