电感式传感器基本原理与其应用
电感式传感器的基本原理及应用
电感式传感器的基本原理及应用1. 什么是电感式传感器？电感式传感器是一种基于电感量的感应原理来测量、监测和控制各种物理量的装置。
它利用传感元件的电感变化来检测物理量的变化，并将其转换为相应的电信号进行处理。
2. 电感式传感器的工作原理电感式传感器的工作原理基于电感量与磁场强度的关系。
当电感式传感器受到外部物理量的影响时，会产生与其变化相关的磁场，进而导致传感元件的电感值发生改变。
这种电感变化可以通过电路系统进行测量和转换。
3. 电感式传感器的应用领域电感式传感器在各个领域得到了广泛的应用，下面列举了其中一些典型的应用领域：•工业自动化：电感式传感器可以用于测量和控制工业自动化过程中的位移、压力、温度和流量等参数。
它们具有快速响应、高精度和可靠性的优势，广泛应用于机器人、流程控制和物料搬运等领域。
•汽车工业：电感式传感器在汽车制造和汽车电子控制系统中起着重要的作用。
它们可以用于检测发动机转速、刹车液位、轮胎气压等参数，帮助提高车辆性能和驾驶安全。
•医疗设备：电感式传感器在医疗设备领域有着广泛的应用。
例如，在心脏监护仪和血糖仪等设备中可以用于测量心率和血糖浓度等参数，帮助医生准确诊断和治疗疾病。
•环境监测：电感式传感器可以用于环境污染监测、气象预测和地震预警等领域。
它们可以测量大气压力、温湿度、地磁场等参数，为环境保护和自然灾害防范提供重要的数据支持。
•消费电子：电感式传感器在消费电子产品中也有广泛的应用。
例如，在智能手机和智能手表中，电感式传感器可以用于测量加速度、方向和距离等参数，提供更智能、更便捷的用户体验。
4. 电感式传感器的优势和局限性电感式传感器具有如下优势：•灵敏度高：电感式传感器可以实现对微小变化的测量和控制，具有很高的灵敏度。
•高精度：电感式传感器的测量精度较高，可以满足许多应用的要求。
•快速响应：电感式传感器具有快速响应的能力，能够及时捕捉到物理量的变化。
•不受环境影响：电感式传感器在大部分环境条件下都能正常工作，不受温湿度和气压等环境因素的影响。
电感式传感器工作原理
电感式传感器工作原理
电感式传感器的工作原理：
1、原理：
电感式传感器可以转换外界的不同环境参数（如温度、湿度、速度、压力等）为可测量的电容或电压信号，从而形成声、光、气体等信号，最终控制或监控电子设备。
2、结构：
电感式传感器由电感、电容器、稳压电路和信号调节器组成。
电感是由电磁材料构成的元件，而电容器则是调节电感参数构成的元件，它们经过外界环境参数变化，电容器的容量受到影响，电感的电阻也会受到影响，发生变化的量就是外界参数的变化量，从而可以对外界参数进行检测和监控。
3、功能：
a）外界环境参数检测：电感式传感器可以检测外界环境参数，如室内温度及湿度，压力、位移、振动、流量等，用来监控和控制系统的运行，以及其他电子设备。
b）调节和控制：电感式传感器可以对电子设备实施调节和控制，以调节系统的运行状态，使电子设备可以按照预定的要求运行。
c）数字采集：电感式传感器可以将检测到的信号转换成数字信号，用
于数据处理和记录，保证了测量数据的准确性和精度。
4、优点：
a）精度高：电感式传感器具有较高的测量精度和准确率，可以准确地检测外界环境参数。
b）稳定可靠：电感式传感器具有稳定、可靠的性能，可以抗环境改变，而且有很高的原始信号，确保可靠性和精确度。
c）选择性强：电感式传感器可以根据不同的环境条件选择不同的频率，检测不同的参数，也可以根据不同的应用需要，提供不同的测量范围。
d）数字化：可以将检测到的信号转换成数字信号，方便地进行数据处理和记录，保证数据的准确性和精确度。
5、应用：
电感式传感器可以广泛应用于电子产品、航空航天、军事、电力、建筑工程等领域，对于环境参数的监测和控制，将会带来全新的应用模式。
电感式传感器原理
电感式传感器原理
电感式传感器是一种利用电感效应进行测量和检测的传感器。
其基本原理是根据电感的特性来实现信号的转换和传输。
电感式传感器的工作原理是通过改变线圈中的电感值来感应外部的物理量。
当外部物理量发生变化时，线圈中的电感值也会相应地发生变化。
通过测量线圈的电感值的变化，可以得知外部物理量的变化情况。
电感是指导线圈中产生的自感应电动势。
当线圈中的电流发生变化时，会产生与电流变化方向相反的电动势。
这种电动势会产生磁场并储存能量。
当外部物理量改变线圈中的磁场时，会影响线圈中的电感值。
测量电感值的常用方法是利用谐振电路。
当外部物理量引起电感值变化时，会影响谐振电路的谐振频率。
通过测量谐振频率的变化，可以得到外部物理量的变化信息。
电感式传感器广泛应用于各种测量和控制领域。
例如，在温度传感中，可以利用电感式传感器测量温度变化引起的电感值变化；在位移传感中，可以利用电感式传感器测量物体位置的改变；在压力传感中，可以利用电感式传感器测量压力变化引起的电感值变化等。
总之，电感式传感器是一种利用电感效应进行测量和检测的传感器，通过测量线圈的电感值的变化来获取外部物理量的变化
信息。
由于其简单、可靠和精度高的特点，电感式传感器被广泛应用于各种工程领域。
传感器原理及应用-电感式传感器
§4.1 变磁阻式电感传感器
七、自感式传感器的测量电路
1、交流电桥式测量电路
电桥输出电压为
U o
RZ (L L ) U 1 2 Z ( Z R)
差动式传感器的电感灵敏度K0为
L 2 K0 / L0 0
线性处理 度是单线圈式的两倍。 ② 差动式的线性度明显改善。
线圈 铁芯 衔铁
L 1 K0 / A L0 A0
输出电感灵敏度与初始截面面积的 成反比关系。
§4.1 变磁阻式电感传感器
三、变截面式自感传感器的输出特性
§4.1 变磁阻式电感传感器
一、变磁阻式传感器工作原理 二、变磁阻式传感器基本类型 三、变截面式自感传感器输出特性 四、变间隙式自感传感器输出特性 五、差动式自感传感器 六、自感式传感器的等效电路 七、自感式传感器的测量电路
§4.1 变磁阻式电感传感器
七、自感式传感器的测量电路
电感式传感器的测量电路： 交流电桥、变压器式交流电桥以及 谐振式等。
1、交流电桥式测量电路
传感器的两线圈作为电桥的两相邻 桥臂 Z1 和 Z2 ，另两个相邻桥臂为纯电阻 R。设Z是衔铁在中间位置时单个线圈的 高 品 质 因 数 Q=ωL/R 的 复阻抗，ΔZ1、 ΔZ2分别是衔铁偏离中心 电感式传感器，线圈的电感 位置时两线圈阻抗的变化量，则 远远大于线圈的有功电阻， Z1=Z+ΔZ 即ωL>>R，则有 Z2=Z-ΔZ ΔZ1+ΔZ2≈jω(ΔL1+ΔL2)
R
2 0 A
§4.1 变磁阻式电感传感器
一、变磁阻式传感器工作原理 二、变磁阻式传感器基本类型 三、变截面式自感传感器输出特性 四、变间隙式自感传感器输出特性 五、差动式自感传感器 六、自感式传感器的等效电路 七、自感式传感器的测量电路
电感式传感器的发展与应用
电感式传感器的发展与应用电感式传感器是一种基于电感原理的传感器，通过测量感应元件的电感变化来实现测量物理量的目的。
其原理是当感应元件受到外界物理量的作用时，会改变其周围的电磁场，从而导致电感的变化。
电感式传感器具有结构简单、灵敏度高、稳定性好等优势，近年来得到了广泛的发展和应用。
电感式传感器的发展可以追溯到19世纪末的电工学研究。
最早的电感式传感器是用于测量电流的电流互感器，后来逐渐发展出压力传感器、位移传感器、温度传感器等。
随着材料科学和电子技术的发展，电感式传感器的性能得到了大幅度提升。
现代电感式传感器不仅具有较高的灵敏度和稳定性，还具备了小型化、智能化和网络化的特点，能够广泛应用于工业、汽车、医疗、环保等领域。
在工业应用中，电感式传感器可以用于测量各种物理量，如压力、温度、位移、流量等。
它们可以在线实时监测设备运行状态，确保设备的安全可靠运行，提高生产效率和工作环境的安全性。
同时，电感式传感器还可以用于自动化控制系统中的反馈调节，实现对设备运行参数的精确控制。
例如，在石油化工领域中，电感式传感器可以实时监测设备的压力和温度变化，及时预警故障并采取措施，保证生产过程的安全运行。
在汽车领域，电感式传感器被广泛应用于车辆的各类传感器系统中，如发动机控制系统、车辆动力系统等。
它们可以用于测量发动机的转速、油位、气体浓度等，对车辆的运行状态进行实时监测和控制。
电感式传感器还可以用于车辆的安全系统中，如倒车雷达、安全气囊系统等。
通过对车辆周围物体的电感变化进行测量，可以实现对车辆的安全驾驶和自动停车等功能，提高驾驶的安全性和便利性。
在医疗领域，电感式传感器可以用于测量人体的各类生理参数，如心率、血压、呼吸率等。
通过对感应元件的电感变化进行监测，可以实时获取患者的生理数据，并通过数据处理和分析，帮助医生进行临床诊断和治疗。
电感式传感器的小型化特点使得其可以嵌入到医疗器械中，如植入式心脏起搏器、药物泵等，实现对患者的长期监护和治疗，提高医疗质量和效率。
电感式传感器的工作原理及应用
电感式传感器的工作原理及应用1. 电感式传感器简介电感式传感器是一种常见的传感器类型，它利用电感元件的物理特性实现对特定物理量的测量。
它可以通过改变电感元件的感应能力来检测环境中的各种物理量，如位置、速度、压力等。
电感式传感器通常由电感元件、电路和信号处理部分组成，可以将环境中的物理量转换为电信号输出。
2. 电感式传感器的工作原理电感式传感器的工作原理基于电感元件与外部物理量之间的相互作用。
电感元件是一个线圈，当通过线圈的电流发生变化时，会在线圈周围产生磁场。
而外部物理量的改变会引起电感元件的感应能力变化，进而改变线圈中的电感。
通过测量线圈中的电感变化，可以得到外部物理量的信息。
电感式传感器可以通过几种不同的工作原理来实现对不同物理量的测量，常见的工作原理包括：•电感变化原理：利用外界物理量的变化引起线圈中电感的变化，从而间接测量外界物理量。
•磁性传感原理：利用外界磁场的变化引起线圈中电感的变化，从而间接测量外界磁场的强度、方向等。
•电容变化原理：利用外界物理量的变化引起线圈中电容的变化，从而间接测量外界物理量。
3. 电感式传感器的应用电感式传感器具有广泛的应用领域，以下列举了几个常见的应用案例：3.1 位置测量电感式传感器可以通过感应电感的变化来测量物体的位置。
通过将传感器与物体相连，当物体移动时，位置的变化会导致电感元件的感应能力发生变化，进而改变线圈中的电感。
通过测量电感的变化，可以反推出物体的位置信息。
这种应用在机器人控制、汽车导航等领域有着广泛的应用。
3.2 速度测量电感式传感器也可以通过感应电感的变化来测量物体的速度。
通过将传感器与物体相连，当物体移动时，速度的变化会引起电感元件的感应能力变化，进而改变线圈中的电感。
通过测量电感的变化率，可以获得物体的速度信息。
这种应用在航空航天、交通运输等领域中起着重要的作用。
3.3 压力测量电感式传感器还可以通过感应电感的变化来测量物体的压力。
通过将传感器与受压物体相连，当物体受到压力时，压力的变化会引起电感元件的感应能力发生变化，进而改变线圈中的电感。
电感式传感器的原理和应用
电感式传感器的原理和应用1. 电感式传感器的基本原理电感式传感器是一种利用电感变化来检测和测量物理量的传感器。
其基本原理是根据电感元件的特性，利用被测量物理量引起的电感值的变化来实现测量。
1.1 电感的定义电感是指电流在变化时所产生的电动势和电流的比值。
电感式传感器利用电感的变化来实现测量。
1.2 电感式传感器的工作原理电感式传感器一般由电感元件和测量电路组成。
当被测量物理量引起电感元件的感应电流时，感应电流的变化会导致电感元件的电感值发生变化。
测量电路通过测量电感值的变化来实现对被测量物理量的检测和测量。
2. 电感式传感器的应用领域电感式传感器在很多领域有着广泛的应用，以下是一些常见的应用领域。
2.1 汽车行业•发动机转速测量：利用电感式传感器测量发动机中的转子速度，帮助车辆控制系统实现精确控制。
•车速测量：通过测量车辆车轮旋转的电感变化来计算车辆的速度。
2.2 工业自动化•位置测量：利用电感式传感器测量物体的位置，可广泛应用于机械设备的控制和检测系统。
•压力测量：通过测量受压物体的形变引起的电感变化来实现压力的测量。
2.3 环境监测•温度测量：电感式传感器可由温度引起的电感变化来实现温度的测量，可以应用于温度传感器的制造。
•液位测量：利用电感式传感器测量液体的电感值变化来实现液位的测量。
2.4 医疗领域•心率监测：利用电感式传感器测量心脏的电感变化，可以实现对心率的监测。
•血氧测量：通过测量血液的电感变化来实现血氧的测量。
3. 电感式传感器的优势和不足3.1 优势•精确度高：电感式传感器具有较高的测量精度，能够满足很多精密测量的需求。
•响应快：电感变化可以快速地传递给测量电路，使得电感式传感器的响应速度比较快。
3.2 不足•非线性特性：电感式传感器的响应特性较为复杂，不同的物理量对电感的影响不尽相同。
•受环境影响较大：电感式传感器易受周围磁场、电磁干扰等环境因素的影响，需要进行屏蔽和抗干扰措施。
电感式传感器的工作基础
式（2-5-3）
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻 , 则 2l0 Rm 式（2-5-4） u0 S 0
则有:
N 2 N 2 0 S 0 L Rm 2l0
式（2-5-5）
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, 只要改变l0或S0均可导致电感变化, 因 此自感式传感器又可分为变气隙长度式传感器(变l0)和变 气隙面积式传感器(变S0) 。使用最广泛是变气隙长度式 电感传感器。 1、变气隙长度式自感式传感器 （闭磁路式） 图2-5-1所示为变l0式的结构 示意图。设初始气隙长度为l0， 初始电感量为L0，衔铁位移引起 的气隙变化量为Δl0，则由式 （2-5-5）可知L与l0为非线性关 系，特性曲线如图2-5-2所示。图2-5-2
L1
Ro
3 L2 2
U s
Ro
U o
1 —铁芯； 2 —线圈； 3 —衔铁
1
图2-5-3 差动变气隙长度式电感传感器
2、变气隙面积式自感式传感器（闭磁路式） l0 线圈 衔 铁 移 动 方 向
变截面式传感器具 有良好的线性度、自由 行程大、示值范围宽， 但灵敏度较低，通常用 来测量比较大的位移量。
连接, 故称差动变压器式传感器。
结构形式：
差动变压器结构有变隙式、 变面积式和螺线管式等,
应用最多的是螺线管式差动变压器, 它可以测量1～100mm范 围内的机械位移。
1、螺管式差动变压器
图2-5-9
螺管式差动变压器结构及等效电路图
当一次线圈接入激励电源之后，二次线圈就将产生感 应电动势，当两者间的互感量变化时，感应电动势也相应 变化。
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➢当铁芯的结构和材料确定后，自感L是气隙厚
度 和气隙磁通截面积S的函数,即
。
➢如果LS保f(持,S不) 变，则L为 的单值函数，可
构成变气隙型自感传感器；如果保持 不变，
使S随位移而变，则可构成变截面型自感传感
器；如果在线圈中放入圆柱形衔铁，当衔铁
上下移动时，自感量将相应变化，就构成了
螺线管型自感传感器。
VD1
Z1
VD2
V
U
Z2
VD4
VD3
差动式与单线圈电感式传感器相比，具有以下优点。 （1）线性度高。 （2）灵敏度高，即衔铁位移相同时，输出信号大一倍。 （3）温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度
的影响，由于能互相抵消而减小。 （4）电磁吸力对测力变化的影响也由于能相互抵消而
减小。
3.2.4电感式传感器的测量电路
➢ 自感式传感器实现了把被测量的变化为电感量的变 化。为了测出电感量的变化，就要用转换电路把电 感量的变化转换成电压（或电流）的变化，最常用 的转换电路有调幅、调频和调相电路。
实际上无法判别输出的相位和位移的方向。
（2）相敏检波电路
输出电压经相敏检波可以反映出位移的大小和方向。
VD1
Z1
VD2
V
U
Z2
VD4
VD3
R1
U0 R2
带相敏整流的电桥电路
当差动式自感电感传感器处于中间位置时，Z1=Z2=Z，输 出电压U0为零。
当衔铁移动使Z1增加，则Z2减小，当电源U上正下负时， 电阻R2上的压降大于R1上的压降。
➢ 这种结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温 度变化、电源频率变化等的影响也可以进行补偿， 从而减少了外界影响造成的误差，可以减小测量误 差。
1.差动式自感传感器的结构
(a)变气隙式；
（b）变面积式； 差动式自感传感器
（c）螺管式
三种形式的差动式自感传感器以变气隙厚度式电 感传感器的应用最广。
1.调幅电路
（1）变压器电路
➢ 图3-8所示为变压器电桥，Z 1 和 Z 2 为传感器
两个线圈的阻抗，另两臂为电源变压器二次 侧线圈的两半，每半的电压为 u 2 。
（1）变压器电桥电路
变压器式电桥如图所示，它的平衡臂为变压器的两个二次
侧绕组，当负载阻抗无穷大时输出电压为：
.
.ห้องสมุดไป่ตู้
..
U . 0Z2I.U 2Z1U Z2Z2U 2U 2Z Z1 2 Z Z2 1 ．
（5）电感式传感器的缺点是存在交流零位信号，不 适宜进行高频动态测量。
3.2.3差动式自感传感器
➢ 由于线圈中通有交流励磁电流，因而衔铁始终承受 电磁吸力，会引起振动和附加误差，而且非线性误 差较大。外界的干扰、电源电压频率的变化、温度 的变化都会使输出产生误差。
➢ 在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一 个衔铁，构成差动式自感传感器，两个线圈的电气 参数和几何尺寸要求完全相同。
δ
由于 Nm LI,
Fm
NI,m
Fm Rm
可得： L N 2
Rm
磁路的总磁阻可表示为：
Rm
li 2 iSi 0S
近似计算出线圈的电感量为：
L N 2S0 2
当线圈匝数N为常数时，电感L仅仅是磁路
中磁阻的函数，只要改变 或S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
度的传感器和变气隙面积S的传感器。
通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。 ➢ 传感器在使用时，其运动部分与动铁心（衔铁）相
连，当动铁芯移动时，铁芯与衔铁间的气隙厚度
发生改变，引起磁路磁阻变化，导致线圈电感值发 生改变，只要测量电感量的变化，就能确定动铁芯 的位移量的大小和方向。
自感式传感器的工作原理示意图
线圈 铁心
衔铁 ⊿δ
变气隙式自感传感器结构
变气隙式差动式自感传感器结构剖面图
2.差动式自感传感器的特点 ➢ 自感系数特性曲线如图所示。
自感系数特性曲线图
2.差动式自感传感器的特点 ➢ 差动气隙式电感传感器由两个相同的电感线圈1、2
和磁路组成。 ➢ 测量时，衔铁通过测杆与被测位移量相连，当被测
体上下移动时，导杆带动衔铁也以相同的位移上下 移动，使两个磁回路中磁阻发生大小相等，方向相 反的变化，导致一个线圈的电感量增加，另一个线 圈的电感量减小，形成差动形式。
2.电感式传感器的分类 ➢ 电感式传感器可分为自感式传感器、差动变压式传
感器和电涡流传感器三种类型。
3.2.1自感式传感器的结构 ➢ 自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁
芯与衔铁由硅钢片或坡莫合金等导磁材料制成。
自感式传感器结构图
3.2.2自感式传感器的工作原理 ➢ 自感式传感器是把被测量变化转换成自感L的变化，
l 衔铁
x
线圈
螺管型电感传感器
这种传感器结构简单，制作容易，灵敏度较低，适用于 测量较大的位移量。
2ra r
电感式传感器的特点：
（1）结构简单：没有活动的电触点，寿命长。
（2）灵敏度高：输出信号强，电压灵敏度每毫米能 达到上百毫伏。
（3）分辨率大：能感受微小的机械位移与微小的角 度变化。
（4）重复性与线性度好：在一定位移范围内，输出 特性的线性度好，输出稳定。
变面积式自感传感器：
铁芯 衔铁
线圈
δ
L N 2S0 2
变面积式自感传感器结构
灵敏度为： k dL N20 dS 2
由于漏感等原因，其线性区范围较小，灵敏度也较低， 因此，在工业中应用得不多。
螺管式自感传感器：
传感器工作时，衔铁在线圈中伸入长度的变化将引起螺 管线圈电感量的变化。
对于长螺管线圈l>>r，当衔铁工作在螺管的中部时，可 以认为线圈内磁场强度是均匀的，线圈电感量L与衔铁的插 入深度l大致上成正比。
． U/2
当衔铁处于中间位置时，L1=L2=L0，
U
． U/2
Z1=Z2=Z0，此时桥路平衡，输出电压U0=0。
Z1
Z2
． U0
当衔铁下移时，Z1=Z-△Z，Z2=Z+△Z，
则有： .
.
U Z
变压器电桥
U0
2Z
.
同理，当衔铁上移时，有：U. 0 U Z
2Z
输出电压反映了传感器线圈阻抗的变化，由于是交流信号，
3.1概述 3.2 自感式传感器 3.3差动变压器式传感器 3.4电涡流式传感器
1.电感式传感器的定义 ➢利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈
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，这 种装置称为电感式传感器。
被测非电量 电磁 自感系数L 测量 U、I、f 感应 互感系数M 电路