电感式传感器
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。
第六章 电感式传感器
0
3
灵敏度：
L2
L0
0
1
0
0
2
0
3
K
L / L0
1 2
0
L
L1
L2
2L0
0
1
0
2
实际上由于线圈内部的磁场是不均匀的，电感量的增 量ΔL与△x存在着一定的非线性。
为提高灵敏度和线性度，螺线管型自感式传感器常 采用差动结构。
6.1 自感式传感器
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双螺管型差动型
L1
L2
u
x
特性曲线
等效电路
将传感器两线圈接于电桥 的相邻桥臂时，其输出灵 敏度可提高一倍，并改善 了非线性特性，还能减少 干扰影响。
• 对电源采取稳压、稳频、屏蔽、加滤波电容等 措施，可减弱或消除电源的影响。
• 铁芯磁感应强度的工作点一定要选在磁化曲线 的线性段，以免在电源电压波动时，铁芯磁感 应强度进入饱和区而使导磁率发生很大变动。
6.1 自感式传感器
零点残余电压及其补偿
在电桥预平衡时，无法实 现平衡，最后总要存在着 某个输出值ΔU0，这称为 零点残余电压
应在设计制造时采取措施， 保证两电感线圈的对称。
减少电源中的谐波成分 在测量电桥中接入可调电
位器 采用相敏整流电路
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理想状态
ΔU0
实际状态
uo
理想状态
实际状态
第六章 电感式传感器
广西大学电气工程学院
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。
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当衔铁向上位移 ，在差动自感传感器中，电感
变化量： L L 1 L 2 2 L 0 [ ()3 ()5 ]
0
0
0
上式中第一项是线性项，其灵敏度为：k L 2L0
0
图3-26 变气隙式差动自感传感器
可见，差动自感传感器的灵敏度是简单自感传感器的2倍。
由线圈、铁心和衔铁所组成。线圈是套在铁心
上的。在铁心与衔铁之间有一个空气隙 ，其
厚度为 。根据磁路的基本知识，传感器线圈的
电感量可按下式计算：
* L Rm
2
Rm
其中 Rm
式中，N 为线圈匝数； Rm 为以平均长度表示的
磁路的总磁阻。如果空气隙厚度较小，而且
若仅考虑二次方非线性，其非线性误差为：
rl2
L0
0 LL00[ 00 ( 0 )2]10% 0 0 10% 0
由此可看出变气隙式自感传感器的特点：灵敏度高，测量范围 小，但非线性误差大，为减小非线性误差， /0 不能太大，通
常取 /00.1~0.2 为宜。
N 20S
2
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1. 变气隙式自感传感器的工作特性
由上页分析可知线圈的电感值可
近似地表示为 L N 20 A 2
因此，其灵敏度随气隙的增大而减小。
变气隙式自感传感器的工作特性
L N20S 2(0 )
2/24/2020
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不考虑磁路的铁损，则总磁阻为：
Rm
li
iSi
2 0S
式中，
l i
i
为各段导磁体的磁路平均长度； 为各段导磁体的磁导率；
S i 为各段导磁体横截面积；
0 为空气隙的磁导率( 0 = 4109H/cm)；
S 为空气隙截面积。
因为一般空气隙的磁阻比导磁体的磁阻大很多，故在
计算时，可忽略导磁体磁阻，则有： L
2/24/2020
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3.3.1.2 差动式电感传感器
由于自感传感器具有初始电感，线圈流向负载的电流不为零，衔铁 永远受有吸力，线圈电阻受温度影响引起温度误差，灵敏度低等缺点。 因此，实际中应用较少，常用差动自感传感器。
差动自感传感器：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。
l 23
4
4
3
l
3
l2 a)
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4
b)
c)
图 差动式电感传感器
a) 变间隙型 b) 变面积型 c) 螺管型
1-线圈 2-铁芯 3-衔铁 4-导杆
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变气隙式差动自感传感器的特性分析
变气隙式差动自感传感器原理见图3-26.它由一个公
共衔铁和上、下两个对称的线圈L1和L2组成。
同理当 0 时，电感变化量为： LL 0[ 0 ( 0)2 ( 0)3 ( 0)4 ]
式中第一项为线性项，其灵敏度为： k L L0 0
而第二项以后是非线性项，含有n次方的非线性。
2/24/2020
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线圈电感量与衔铁进入线圈的长度可表示为
L42N2l l2
r2(m1)lara2
通过以上分析可得结论:
l
2
I. 变间隙型灵敏度较高,但非
x
线性误差较大；
2ra r
1
螺管型电感传感器
1-线圈 2-衔铁
II. 变面积型灵敏度较小,但线 性较好,量程较大；
III. 螺管型灵敏度较低,但量程 大且结构简单。
图1 变面积型电感传感器
1-衔铁 2-铁芯 3-线圈
L=f(δ) δ, S
图2 电感传感器特性
由此可看出变截面积式自感传感器的特点：
测量范围较大，非线性误差 小，但灵敏度较低。
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3. 螺管式自感传感器的工作特性
下图为其结构原理图，衔铁随被测物移动，引起磁阻发 生变化，导致电感量改变。
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3.3.1.1 简单自感式传感器的原理及特性
图3-25是简单自感传感器结构的示意图
2/24/2020
图3-25 简单自感传感器结构示意图 a）变气隙式 b）变面积式 c）螺管式
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自感式电感传感器的原理及特性
右图是简单自感传感器结构的示意图。它
当 0 时，电感变化量为：
LLL0L00 其L 0中 N 2 0S/2 (0)
L0
当/01时
0
( 1
1
0
)
L0 0[1 0 ( 0)2]
L0[ 0 ( 0)2( 0)3]
电气测试技术 机械工业出版社 3.3 电感式传感器
电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现测量 的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、 力矩等各种非电物理量。
位移、振动、压力、流量、重量、力矩
优点：
结构简单，寿命长；
灵敏度高（1mm ： → 几百 mV）； 分辨力好（0.01μm）； 重复性好，线性度优；
电感
缺点：
频率响应较低，不宜快速动态 测量；
分辨力与测量范围有关，测量 范围小，分辨力高，反之则低。
电压、电流
2/24/2020
电气测试技术
分类:
电感式传感器
自感型
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变间隙型自 感传感器
变面积型自 感传感器
互感型
螺线管型自 感传感器
差动变压器 式传感器
2/24/2020
电涡流式传感器 压磁式传感器
2/24/2020
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2. 变截面积式自感传感器的工作特性
铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量的变化面改变，
导致线圈的电感量发生变化，这种形式称之为变面积型电
感传感器，见图1。L与δ是非线性的，但与S成线性，特性
曲线参见图。
2
1
L
3
δ
k dL N20 dS 2
L=f(S)
差动自感传感器仅含奇次方非线性项，其三次方非线性误差为：
非线性得到很大的改善。
同理，变面积式和螺管式差动自感传感器也 能得到提高灵敏度和改善线性度的同样的结论。
Байду номын сангаасl3
()2 0