电感式传感器的设计
电感式传感器PPT课件
2
LC
2LC
Q2
(1
2LC)2
2LC Q
2
(4-17)
第4章 电感式传感器
当Q>>ω2LC且Ω2lc<<1
Z
R
(1 2LC)2
;
令
L'
L
(1 2LC)2
则
Z R' jL'
从以上分析可以看出，并联电容的存在，使有效串联损耗电阻及 有效电感增加，而有效Q值减小，在有效阻抗不大的情况下，它 会使灵敏度有所提高，从而引起传感器性能的变化。因此在测量 中若更换连接电缆线的长度，在激励频率较高时则应对传感器的 灵敏度重新进行校准。
为了使输出特性能得到有效改善，构成差动的两个变隙 式电感传感器在结构尺寸、材料、电气参数等方面均应完全 一致。
第4章 电感式传感器 图4-3 差动变隙式电感传感器
第4章 电感式传感器 4.1.3 测量电路
电感式传感器的测量电路有交流电桥、变压器式交流电桥 以及谐振式等。
1.
从电路角度看，电感式传感器的线圈并非是纯电感，该电 感由有功分量和无功分量两部分组成。有功分量包括：线圈线 绕电阻和涡流损耗电阻及磁滞损耗电阻，这些都可折合成为有 功电阻，其总电阻可用R来表示；无功分量包含：线圈的自感L, 绕线间分布电容，为简便起见可视为集中参数，用C来表示。 于是可得到电感式传感器的等效电路如图4-4所示。
其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动， 使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化。 即一个电感量增大，一个电感量减小。电感的这种变化通 过电桥电路转换成电压输出，所以只要用检测仪表测量出 输出电压，即可得知被测压力的大小。
第4章 电感式传感器 4.1.5
《电感式传感器》多媒体课件设计
如 图１ 所示 ，在界面上列 出了八个小节的标题，并
设置 为热 区域 ，只 要 鼠标左 键 单击 相应 的 区域 ，就 可 以
分别链接到对应这八个小节 内容的子程序。同时在菜单 栏 “ 电感式传感器 ”下拉菜单中也有这八个小节 内容的
选 项 ， 同样 可 以使 用这 些选 项 实现 跳转 。 由于 下拉 菜单
５ ．程 序 打包
在说 明各种传感器工作原理时可 以使用Ｆ ｈ ａｓ 动 １
画 。图 ３ 示 即 为变 隙式 传感 器 原 理 图 的Ｆ ａ ｈ 画 所 １ｓ动 在不 同 的时刻 ，关键 帧上 衔铁 的位 置 不 同 ，以此表 现 衔 铁 的上 下 移 动 伸 牢气 隙 枯 牛 蛮化 的效 果
组式 和差动 式两 部分 。而利用 电涡 流 原理 的 电涡流 式传
感器、利用压磁原理的压磁式传感器和利用平面绕组互 感原理的感应 同步器也属于电感式传感器 的范围， 每部 分都有工作原理、特性分析和相应测量 电路 的介绍。根 据这些知识要点，我们进 行了电感 式传感器 的设计制
作。
第 ■ 节 特性 分 析 转 换 电路 零 点残余 电压 电感式传感器的设计 电涡 流 式 传 感 器 压磁 式 传 感 器 感 应 同步 器
图 ２ 程 序流程 示意 图
２ １ｓ ．Ｆ ａ ｈ的插入
Ａ ｔ ｏ ｗ ｒ 还支持显示Ｆ ａ ｈ ｕ ｈｒ ａｅ １ ｓ 动画，使用Ｆ ａ ｈ １ ｓ 动 画可 以使原理的说明更形象生动 。功能强大的Ｆ ａ ｈ １ ｓ 软 件不仅可 以制作出各式各样的Ｆ ａ ｈ １ ｓ 动画 ，还可 以将关 键帧 以图片格 式保 存 ，这 同 时也是 一 个很 方便 的 制作 矢
量 图的 方 法 。 图 ４ 模 式 设 置
《电感式传感器》课件
电感式传感器的应用领域
介绍电感式传感器在工业、农业、医疗等领域的广 泛应用。
电感式传感器的优缺点分析
分析电感式传感器的优点、缺点以及与其他类型传 感器的比较。
电感式传感器的应用案例
1
电感式传感器在工业领域的应用
案例
电感式传感器在农业领域的应用 案例
2
讲述一个实际案例，介绍电感式传感器 在工业生产中的应用。
介绍电感式传感器按照不同 的特征进行的分类。
电感式传感器的结构与工作原理
电感式传感器的结构
详细解释电感式传感器的内部结 构和组成。
电感式传感器的工作原理
阐述电感式传感器是如何通过测 量磁场来实现检测和转换的。
电感式传感器的特点
列举电感式传感器相对于其他传 感器的优势和特点。
电感式传感器的应用及优缺点
《电感式传感器》PPT课 件
为您带来《电感式传感器》的PPT课件，本课件将全面介绍电感式传感器的概 述、结构与工作原理、应用及优缺点、应用案例、未来发展趋势等内容。
概述
传感器的定义
介绍传感器的定义以及在技 术领域中的关键作用。
电感式传感器的作用
说明电感式传感器在各个行 业中的重要作用。
电感式传感器的分类
以一个具体的场景，说明电感式传感器 在农业领域中的应用价值。
电感式传感器的未来发展趋势
1 电感式传感器的现状和发展趋势
描述电感式传感器目前的研究状况以及未来的发展趋势。
2 展望电感式传感器的发展前景
展望电感式传感器在未来的应用领域和发展前景。
总结
电感式传感器的重要性
总结电感式传感器在各个领域中的重要作用。
发展趋势展望
回顾并展望电感式传感器的未来发展趋势。
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。
电感式测距传感器的基本结构
电感式测距传感器的基本结构引言：电感式测距传感器是一种常见的非接触式测距技术，广泛应用于工业、汽车和消费电子等领域。
它通过利用电磁感应原理来测量目标物体与传感器之间的距离。
本文将介绍电感式测距传感器的基本结构，包括传感器的外部外壳、线圈、电路和输出接口等。
一、外部外壳电感式测距传感器的外部外壳通常由金属或塑料材料制成，具有良好的防护性能。
外壳的设计通常考虑到传感器在不同环境下的使用需求，如防水、防尘、耐腐蚀等。
外壳还通常具有固定装置，以便将传感器固定在需要测量的物体或设备上。
二、线圈电感式测距传感器的核心部件是线圈，它通过电磁感应原理来测量距离。
线圈通常由绝缘铜线绕制而成，形成一个或多个匝数。
传感器中的线圈可以是发送线圈，也可以是接收线圈，或者同时兼具发送和接收功能。
发送线圈通过电流激励产生磁场，接收线圈则感应目标物体的磁场变化。
三、电路电感式测距传感器的电路部分包括发送电路和接收电路。
发送电路通常由信号发生器和功率放大器组成，用于产生高频电流激励发送线圈。
接收电路则用于接收目标物体的磁场变化，并将接收到的信号转换为可用的距离信息。
电路还可能包括信号处理和放大等功能，以提高测量的准确性和稳定性。
四、输出接口电感式测距传感器通常通过输出接口将测量结果传输给使用者或其他设备。
输出接口可以是数字接口，如UART、I2C或SPI，也可以是模拟接口，如电压输出或电流输出。
不同的接口形式适用于不同的应用场景和需求。
五、工作原理电感式测距传感器的工作原理基于电磁感应现象。
当发送线圈中通过电流时，会产生一个交变磁场。
当目标物体靠近传感器时，目标物体的磁场会影响接收线圈中的电流。
通过检测接收线圈中的电流变化，可以计算出目标物体与传感器之间的距离。
六、优缺点电感式测距传感器具有以下优点：1. 非接触式测距，无需物体与传感器之间的接触，避免了磨损和污染等问题。
2. 可以测量较长距离范围，适用于不同场景的测量需求。
3. 精度高，测量结果稳定可靠。
电感式位移传感器的设计(9页)
电感式位移传感器的设计（第1页）一、设计背景位移传感器在现代工业生产中扮演着重要角色，广泛应用于机械制造、自动化控制、航空航天等领域。
电感式位移传感器作为一种常见的位移检测装置，具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。
本文将详细介绍电感式位移传感器的设计过程。
二、工作原理电感式位移传感器是基于电磁感应原理设计的。
当传感器中的激励线圈通以交流电流时，会在周围产生交变磁场。
当被测物体（通常是金属目标物）进入该磁场并发生位移时，会导致磁路的磁阻发生变化，进而引起线圈感应电动势的变化。
通过检测感应电动势的变化，即可实现对位移量的精确测量。
三、设计目标1. 确保传感器具有较高的测量精度和分辨率；2. 提高传感器的线性度和稳定性；3. 优化传感器结构，使其便于安装和维护；4. 降低成本，提高传感器的性价比。
四、传感器结构设计1. 激励线圈设计（1）线圈的匝数：匝数越多，产生的磁场强度越大，但线圈电阻也会增加，导致功耗增大。
因此，需在磁场强度和功耗之间寻找平衡。
（2）线圈的材料：选择具有较高磁导率和电阻率的材料，以提高线圈的性能。
（3）线圈的形状：根据实际应用场景，设计合适的线圈形状，使其在有限的空间内产生较强的磁场。
2. 检测线圈设计（1）线圈与激励线圈的相对位置：确保检测线圈能充分感应到激励线圈的磁场变化。
（2）线圈的匝数：匝数越多，感应电动势越大，但线圈电阻也会增加。
需在灵敏度与功耗之间进行权衡。
（3）线圈的材料：选择具有较高磁导率和电阻率的材料。
电感式位移传感器的设计（第2页）五、信号处理电路设计1. 激励信号源（1）频率选择：激励信号的频率应适中，频率太低会导致灵敏度下降，频率太高则可能引起电磁干扰。
（2）幅值稳定：确保激励信号幅值稳定，以减少测量误差。
2. 感应电动势检测感应电动势的检测是位移测量的关键步骤。
检测电路设计如下：（1）放大电路：由于感应电动势信号较弱，需通过放大电路对其进行放大，以便后续处理。
电感式接近传感器工作原理电路图
电感式接近传感器工作原理电
路图(总2页)
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电感式接近传感器工作原理电路图电感式接近传感器工作原理
接近传感器是一种具有感知物体接近能力的器件。
它利用位移传感器对所接近物体具有的敏感特性达到识别物体接近并输出开关信号的目的，因此，通常又把接近传感器称为接近开关。
电感式接近传感器是一种利用涡流感知物体接近的接近开关。
它由高频振荡电路、检波电路、放大电路、整形电路及输出电路组成，如图所示。
感知敏感元件为检测线圈，它是振荡电路的一个组成部分，在检测线圈的工作面上存在一个交变磁场。
当金属物体接近检测线圈时，金属物体就会产生涡流而吸收振荡能量，使振荡减弱直至停振。
振荡与停振这两种状态经检测电路转换成开关信号输出。
图:电感式接近传感器工作原理框图
电感式接近传感器只对金属对象敏感﹐因此电感式接近传感器不能应用于非金属对象检测。
同时﹐由于高频振荡线圈产生的交变磁场是散射的﹐这样当金属对象不断接近传感器的前端时，会触发传感器状态的变化﹐而且在传感器的周围出现金属对象时传感器也会发出讯号。
对检测正确性要求较高的场合或传感器安装周围有金属对象的情况下﹐需要选用屏蔽式电感性接近传感器﹐因为这种类型的传感器事先已经将振荡线圈周围的磁场进行了屏蔽﹐只有当金属对象处于传感器前端时才触发传感器状态的变化。
另外﹐电感式接近传感器的检测距离会因被测对象的尺寸﹑金属材料﹐甚至金属材料表面镀层的种类和厚度不同而不同; 因此﹐使用时应查阅相关的参考手册。
电感式测距传感器的基本结构
电感式测距传感器的基本结构引言：电感式测距传感器是一种常用的测量设备，广泛应用于工业自动化、机器人、汽车等领域。
电感式测距传感器通过测量感应电感的变化来实现测距功能。
本文将介绍电感式测距传感器的基本结构，包括传感器组成部分和工作原理。
一、传感器组成部分电感式测距传感器主要由以下几个组成部分构成：1.感应线圈：感应线圈是电感式测距传感器的核心部件，通常由细丝绕成线圈形状。
感应线圈的大小和形状会影响传感器的灵敏度和测量范围。
2.信号处理电路：信号处理电路负责接收感应线圈产生的感应电流，并将其转换为可用的电压信号。
信号处理电路通常包括放大器、滤波器和模数转换器等部分。
3.控制电路：控制电路用于控制传感器的工作模式和参数。
控制电路通常包括微处理器、时钟电路和电源管理电路等部分。
4.外壳：外壳是电感式测距传感器的保护壳体，通常由金属或塑料制成。
外壳的设计可以影响传感器的耐用性和防护等级。
二、工作原理电感式测距传感器的工作原理基于感应电磁学原理。
当传感器靠近金属或其他导体时，感应线圈会受到外部磁场的影响，从而产生感应电流。
感应电流的大小和方向与外部磁场的变化相关，而外部磁场的变化又与被测距离有关。
传感器通过测量感应电流的变化来确定距离。
一般来说，当传感器靠近物体时，感应电流会增大；当传感器远离物体时，感应电流会减小。
传感器通过信号处理电路将感应电流转换为电压信号，并经过一系列的处理和计算，最终得到距离的信息。
三、应用领域电感式测距传感器在许多领域有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1.工业自动化：电感式测距传感器可以用于测量物体的位置和距离，从而实现自动化控制。
例如，在生产线上，传感器可以用来检测物体的位置并控制机器人的动作。
2.车辆安全：电感式测距传感器可以用于车辆的倒车雷达系统，通过测量车辆与障碍物之间的距离，提供警告和辅助驾驶。
3.机器人导航：电感式测距传感器可以用于机器人的导航和避障。
传感器可以检测机器人周围的障碍物，并根据测量结果做出相应的动作。
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W1 W W2
Eout
-x
x
电感式传感器的设计
差动变压器传感器产品
GA系列差动变压器位移传感器
交流差动变压器 式角位移传感器
TD－1油动机行程阀位位移传感器
电感式传感器的设计
二、差动变压器式传感器的工作原理
1．结构： 可分间隙式和螺管式两种
以螺管式为例
图中：1－一次绕组 2、3－二次绕组 4－衔铁
差动变压器的结构示意图
电感式传感器的设计
2．工作原理 把铁芯位移量转换成初级线圈及次级线圈互感
系数的变化，图中M1、M2与位移x有关。
当位移 x 很小时： Uo=k |x |
（无法判别位移方向）
差动变压器等效电路
电感式传感器的设计
差动变压器原理动画演示
电感式传感器的设计
差动变压器输出特性
1－理想特性 2－实际特性
●
（u21=u22）
Uac=Uda 可调节R1=R2
使 ImA=I1－I2=0
电感式传感器的设计
3. 谐振式测量电路 分为：谐振式调幅电路和谐振式调频电路。
C
U o
L U
T U o
(a)
O
L0
L
(b)
图3-6 谐振式调幅电路
此电路灵敏度很高， 但线性差电，感式适传用感器于的线设性计 度要求不高的场合
f
C
L
G
f
o L
(a)
(b)
图3-7 谐振式调频电路
f与L具有严重的非线性关系
目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器。
电感式传感器的设计
二、 L与δ之间是非线性关系， 特性曲线如图3-2所示。
L W20S0 2
L
L0＋L
L0 L0－L
o － ＋
图3-2 变隙式电压传感器的L-δ特性
电感式传感器的设计
K0 LL0 0
20S0 202
（3-15）
可见：变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相 矛盾，因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。
（3-2）
电感式传感器的设计
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即
则式（3-2）可写为
2 0S0 2 0S0
l1
1S1
l2
2 S 2
Rm
2 0S0
联立式（3-1）及式（3-4）， 可得
W2 L
W20S0
Rm 2
电感式传感器的设计
（3-3） （3-4） （3-5）
上式表明：当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁 路中磁阻Rm的函数，改变δ或S0均可导致电感变化，因 此变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感器和变 气隙面积S0的传感器。
当传感器衔铁上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ，
Uo
ZU LU Z 2 L2
当传感器衔铁下移：如Z1=Z－ΔZ，Z2=Z+ΔZ， 此时
Uo
ZU LU Z2 L2
可知：衔铁上下移动相同距离时，输出电压相位相反，大小随衔铁的位移 而变化。由于是交流电压， 输出指示无法判断位移方向，必须配合相敏 检波电路来解决。
问题： ①零点残余电压E0 ②超过一定范围为非
线性
电感式传感器的设计
零点残余电压
电感式传感器的设计
产生零残电压的主要原因： ①结构不对称；②存在寄生参数；③电源有高次 谐波；④磁路的磁化曲线非线性。
减小零残电压的方法： ①提高对称性；②减少电源谐波成分；③使衔铁 工作在磁化线性区；④采用电路补偿等。
电感式传感器的设计
三、基本特性 1．灵敏度
为了获得高的灵敏度，尽量提高励磁电压，电 源频率以400Hz到10kHz为佳。
灵敏度一般可达0.5~5V/mm，行程越小，灵敏 度越高。
2．线性范围
线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右，只有 中间部分线性较好。
电感式传感器的设计
四、测量转换电路 常用测量转换电路
电感式传感器的设计
1、交流电桥式测量电路
Z1
Z 3＝R
U 0
Z2
Z4＝R
Uo
ZU LU Z2 L2
U o
图3-4 交流电桥测量电路
电感式传感器的设计
2. 变压器式交流电桥
C ＋U
U
－2
＋U
－2 D
Z1
＋A Z2 U o
－ B
图3-5 变压器式交流电桥
.
U U .
0
Z2 Z1
Z1 Z2
2
电感式传感器的设计
被测物理量 （非电量：位移、 电磁感应
振动、压力、
流量、比重）
线圈自感系数L/ 互感系数M
电感/互感
电压或电流 （电信号）
分类:
变磁阻式（自感）
电感式传感器
差动变压器式（互感）
电涡流式
电感式传感器的设计
第一节 变磁阻式—自感型
一、原理:自感变化
可变导磁面积型
差动型
电感式传感器的设计
l1 S1
1 L
电感式传感器的设计
为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变 隙式电感传感器。
1-铁芯； 2-线圈； 3-衔铁
图3-3 差动变隙式电感传感器
当衔铁向上移动时，两个电线感式圈传的感器电的设感计变化量分别为L1、L2
结论： ①差动式为简单式电感传感器灵敏度的2倍。 ②非线性减小。简单式电感传感器非线性误差 ③克服温度等外界共模信号干扰。
电感式传感器的设计
电感式传感器的设计
电感式传感器的设计
4. 应用
线圈 铁芯
衔铁
U～ A
膜盒
P
电感式压力传感器结构图
电感式传感器的设计
C形 弹 簧 管
线 圈1
输出
调 机械 零 点螺 钉
线圈2 衔铁
P
～
电感压力传感器
电感式传感器的设计
第二节 差动变压器式传感器
一、结构与工作原理
工作原理:互感现象.
差分相敏检波电路 差分整流电路
差分整流电路
电流输出型 电压输出型
全波电流输出型 半波电流输出型
全波电压输出型 半波电压输出型
差分变压器对测量转换电路的要求为： ①判别衔铁位移方向及大小； ②消除零点残余电压。
电感式传感器的设计
以全波电流输出型差分整流电路为例说明其工 作原理：
（1）铁芯在中心位置时：2 Wl2S23±
1—线 圈 ； 2—铁 芯 (定 铁 芯 )； 3—衔 铁 (动 铁 芯 )
图3 – 1 变磁阻式传感器
电感式传感器的设计
线圈中电感量可由下式确定：
LW2 Rm
式中, Rm为磁路总磁阻。
（3-1）
气隙很小，可以认为气隙中的磁场是均匀的。 若忽略磁 路磁损， 则磁路总磁阻为
Rml11S1l22S220S0
------传感器应用技术
:
技能训练目标要求: 1、掌握电感传感器的结构原理； 2、学会电感接近开关的设计方法与应用电路； 3、进一步掌握锡焊技巧和电路调试方法； 4、了解电感式传感器的应用情况； 5、锻炼同学们的敬业精神和团队意识。
电感式传感器的设计
电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被 测量(力、位移)转化为电感量的一种装置。