第六章电感式传感器案例
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《传感器与检测技术》高教(4版) 第六章
差动变压器位移计
当铁芯处于中间位置时，输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向右移动时，则输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向左移动时，则输出电压: UU 21 U 220
输出电压的方向反映了铁芯的运动方向，大小反映了铁 芯的位移大小。
差动变压器位移计
输出特性如图所示。
差动变压器位移计
角度的精密测量。 光栅的基本结构
1、光栅：光栅是在透明的玻璃上刻有大量平行等宽等 距的刻线构成的，结构如图。
设其中透光的缝宽为a，不透光的缝宽为b，
一般情况下，光栅的透光缝宽等于不透光
的缝宽，即a = b。图中d = a + b 称为光
栅栅距（也称光栅节距或称光栅常数）。
光栅位移测试
2、光栅的分类
1、激光的特性
（1）方向性强
（2）单色性好
（3） 亮度高
（4） 相干性好
2、激光器
按激光器的工作物质可分为以下几类： （1）固体激光器：常用的有红宝石激光器、钕玻 璃激光器等。
（2）气体激光器：常用的为氦氖激光器、二氧化 碳激光器、一氧化碳激光器等。
激光式传感器
（3） 液体激光器：液体激光器分为无机液体激光器 和有机液体激光器等。
数小，对铜的热电势应尽可能小，常用材料有： 铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬丝等。 2、骨架：
对骨架材料要求形状稳定表面绝缘电阻高， 有较好的散热能力。常用的有陶瓷、酚醛树脂 和工程塑料等。 3、电刷：
电刷与电阻丝材料应配合恰当、接触电势 小，并有一定的接触压力。这能使噪声降低。
电位器传感器
电位计式位移传感器
6.2.2 差动变压器位移计结构
1-测头； 2-轴套； 3-测杆； 4-铁芯；5-线圈架； 6-导线； 7-屏蔽筒；8-圆片弹簧；9-弹簧； 10-防尘罩
电感式传感器的应用实例
电感式传感器的应用实例1. 嘿,小伙伴们!今天咱们来聊聊电感式传感器这个神奇的小玩意儿。
别看它个头不大,可在咱们的日常生活中可是无处不在啊!它就像是个超级敏感的小雷达,能感知周围环境的变化,简直就是科技界的"千里眼"!2. 想象一下,你家的电动牙刷是不是特别聪明?一碰到水就自动开始工作,用完了又自动停下来。
这可不是什么魔法,而是电感式传感器在背后默默发挥作用呢!它能感应到水分的存在,就像是个小小的侦探,随时待命。
3. 再说说咱们天天坐的电梯吧。
你有没有想过,为什么电梯门总能在你靠近的时候自动打开,而不会夹到人呢?没错,又是咱们的电感式传感器在发挥作用!它就像是个尽职尽责的门卫,时刻关注着电梯门口的情况,保证大家的安全。
4. 哦对了,还有停车场里那些能自动感应车辆的停车位指示灯。
你看到那个红绿灯会变色,以为是有个小精灵在地下指挥交通?其实啊,那是电感式传感器在地下默默工作,感应车辆的到来和离开,比交警还要尽职尽责呢!5. 工厂里的流水线上,电感式传感器更是大显身手。
它能精确地检测金属零件的位置和尺寸,就像是个超级细心的质检员,保证每个产品都符合标准。
要是没有它,那些机器人可就成了"睁眼瞎"啦!6. 你知道吗?咱们的手机屏幕为什么能感应到你的手指触摸?没错,又是电感式传感器的功劳!它就像是个超级敏感的皮肤,能感受到你最轻微的触碰。
想象一下,如果没有它,你的手机岂不是成了一块没有生命的玻璃?7. 在汽车上,电感式传感器也是个大忙人。
它能检测发动机的转速、车轮的速度,甚至能感应雨滴来自动开启雨刷。
简直就是汽车的神经系统啊!没有它,汽车可能就成了一个四肢发达头脑简单的大块头。
8. 在医疗领域,电感式传感器更是发挥着重要作用。
比如在核磁共振仪中,它能精确地测量人体内部的情况,就像是给人体做了个透视。
医生们有了这个"透视眼",诊断疾病就容易多啦!9. 在安防系统中,电感式传感器也是个不可或缺的小能手。
传感器原理及其应用 第6章 磁电式传感器
材料(单晶) N型锗(Ge) N型硅(Si) 锑化铟(InSb)
1/ 2
4000 1840 4200
砷化铟(InAs)
磷砷铟(InAsP) 砷化镓(GaAs)
0.36
0.63 1.47
0.0035
0.08 0.2
25000
10500 8500
100
850 1700
1530
3000 3800
哪种材料制作的霍尔元件灵敏度高
1、8—圆形弹簧片；2—圆环形阻尼器；3—永久磁铁；4—铝架； 5—心轴；6—工作线圈；7—壳体；9—引线 工作频率 固有频率 灵敏度 10～500 Hz 12 Hz 最大可测加速度 5g 可测振幅范围 精度 ≤10％ 45mm×160 mm 0.7 kg
0.1～1000 m 外形尺寸 1.9 k 质量
d E N dt
武汉理工大学机电工程学院
第6章 磁电式传感器
磁通量的变化可以通过很多办法来实现，如磁铁与线圈之间作 相对运动；磁路中磁阻的变化；恒定磁场中线圈面积的变化等， 一般可将磁电感应式传感器分为恒磁通式和变磁通式两类。 6.1.1 恒磁通式磁电感应传感器结构与工作原理 恒磁通式磁电感应传感器结构中，工作气隙中的磁通恒定，感 应电动势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割 磁力线而产生。这类结构有动圈式和动铁式两种，如图所示。
武汉理工大学机电工程学院
第6章 磁电式传感器 磁铁与线圈相对运动使线圈切割磁力线，产生与运动速度dx/dt 成正比的感应电动势E，其大小为
dx E NBl dt
式中：N为线圈在工作气隙磁场中的匝数；B为工作气隙磁感应 强度；l为每匝线圈平均长度。 当传感器结构参数确定后，N、B和l均为恒定值，E与dx/dt成正 比，根据感应电动势E的大小就可以知道被测速度的大小。 由理论推导可得，当振动频率低于传感器的固有频率时，这种传 感器的灵敏度(E/v)是随振动频率而变化的；当振动频率远大于 固有频率时，传感器的灵敏度基本上不随振动频率而变化，而近 似为常数；当振动频率更高时，线圈阻抗增大，传感器灵敏度随 振动频率增加而下降。 不同结构的恒磁通磁电感应式传感器的频率响应特性是有差异的， 但一般频响范围为几十赫至几百赫。低的可到10 Hz左右，高的可 达2 kHz左右。
《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
• 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
电感式传感器的典型应用
固定
3）型号说明
A BC D E RS—93□□□□- □□□- □□ - □□□ -□□ RS：厂标 A：93□□□□ 螺纹壳体探头代号选择 B：□□□ 无螺纹长选择 公制螺纹探头 最小无螺纹长2mm 0 2 最大无螺纹长
250mm 2 5 0 加长递增量1mm 0 1
英制螺纹探头 最小无螺纹长0.1inches 0 1 最大无螺纹长
2）技术指标 I. 频响范围：0.5Hz～200Hz(-3dB) II. 灵敏度：8mV/μm±5%、 5mV/μm±5%、
4mV/μm±5% (或根据用户要求调整) III. 量程：±1mm（±2mm、±3mm 等） IV. 线性度：<2% V. 最大输出电压：8V（单峰） VI. 使用温度范围，-30℃~-80℃ VII. 工作方向：H 水平型 V 垂直型 VIII. 工作电源：±12VDC Ⅸ.安装方式： 在Φ56的圆周角上用2个M5螺钉
1.2.1 RS9300低频振动速度传感器
其外形如右图，它是利用磁电感 应原理把振动信号变换成电信号。主 要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼 等部分组成。在传感器壳体中刚性地 固定着磁铁，惯性质量（线圈组件） 用弹簧元件悬挂于壳体上。
工作时，将传感器安装在机器上，在机器振动时， 线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，产生感应电压， 该信号正比于被测物体的振动速度值，对该信号进行 积分放大处理即可得到位移信号。
1）特点：
I. 传感器有很低的使用频率，可以适用于低转速的 转动机器。
II. 相对于其它类型的振动传感器而言，RS9300传 感器有较低的输出阻抗，较好的信噪比。它同一般 通用交流电压表或示波器配合就能工作。对输出插 头和传输电缆也无特殊要求，使用方便。
III. 传感器设计中取消了有摩擦的活动元件，因此 使用寿命相对很长。传感器有一定抗横向振动能力 （不大于10g）。
3）型号说明
A BC D E RS—93□□□□- □□□- □□ - □□□ -□□ RS：厂标 A：93□□□□ 螺纹壳体探头代号选择 B：□□□ 无螺纹长选择 公制螺纹探头 最小无螺纹长2mm 0 2 最大无螺纹长
250mm 2 5 0 加长递增量1mm 0 1
英制螺纹探头 最小无螺纹长0.1inches 0 1 最大无螺纹长
2）技术指标 I. 频响范围：0.5Hz～200Hz(-3dB) II. 灵敏度：8mV/μm±5%、 5mV/μm±5%、
4mV/μm±5% (或根据用户要求调整) III. 量程：±1mm（±2mm、±3mm 等） IV. 线性度：<2% V. 最大输出电压：8V（单峰） VI. 使用温度范围，-30℃~-80℃ VII. 工作方向：H 水平型 V 垂直型 VIII. 工作电源：±12VDC Ⅸ.安装方式： 在Φ56的圆周角上用2个M5螺钉
1.2.1 RS9300低频振动速度传感器
其外形如右图，它是利用磁电感 应原理把振动信号变换成电信号。主 要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼 等部分组成。在传感器壳体中刚性地 固定着磁铁，惯性质量（线圈组件） 用弹簧元件悬挂于壳体上。
工作时，将传感器安装在机器上，在机器振动时， 线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，产生感应电压， 该信号正比于被测物体的振动速度值，对该信号进行 积分放大处理即可得到位移信号。
1）特点：
I. 传感器有很低的使用频率，可以适用于低转速的 转动机器。
II. 相对于其它类型的振动传感器而言，RS9300传 感器有较低的输出阻抗，较好的信噪比。它同一般 通用交流电压表或示波器配合就能工作。对输出插 头和传输电缆也无特殊要求，使用方便。
III. 传感器设计中取消了有摩擦的活动元件，因此 使用寿命相对很长。传感器有一定抗横向振动能力 （不大于10g）。
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
广西大学电气工程学院
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
广西大学电气工程学院
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
第六章-自感式传感器
L0
L10
L20
m
0W
2
mr
rc
l2 c
l2
k1
k2
m0W 2mr rc2
l2
综上所述，螺管式自感传感器的特点： ①结构简单，制造装配容易； ②由于空气间隙大，磁路的磁阻高，因此灵敏度低 ，但线性范围大； ③由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰； ④由于磁阻高，为了达到某一自感量，需要的线圈 匝数多，因而线圈分布电容大； ⑤要求线圈框架尺寸和形状必须稳定，否则影响其 线性和稳定性。
2
3
（2）单线圈是忽略
0
以上高次项，差动式是忽略
0
以上偶次项，
因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。
*另一种形式： Π型
6 自感式传感器
6.1 工作原理 6.2 变气隙式自感传感器 6.3 变面积式自感传感器 6.4 螺线管式自感传感器 6.5 自感式传感器测量电路 6.6 自感式传感器应用举例
第6章 电感式传感器
电感式传感器是建立在电磁感应基础上，利用 线圈自感或互感的改变来实现测量的一种装置。它 可对直线位移和角位移进行直接测量，也可通过一 定的敏感元件把振动、压力、应变、流量等转换成 位移量而进行测量。通常可由下列方法使线圈的电 感变化：
(1)改变几何形状； (2)改变磁路的磁阻； (3)改变磁芯材料的导磁率； (4)改变一组线圈的两部分或几部分间的耦合度。
1. 交流电桥 2. 变压器电桥 3. 自感传感器的灵敏度
（一）交流电桥式测量电路
分析：
• 衔铁在初始位置时，电桥平衡
L1
L2
L0
W 2m0S 20
• 若衔铁上移，则：
1 0 ,2 0
《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。
第六章--电感式传感器PPT课件
影响传感器精度的因素分析 一、电源电压和频率的波动影响 二、温度变化的影响 三、非线性特性的影响 四、输出电压与电源电压之间的相位差
第28页/共62页
六、零点残余电压
零点残余电压
1—理想特性曲线 2—实际特性曲线
第29页/共62页
电感式传感器的应用
1.translational or rotary motion measurement To translational motion measurement sensors: ➢Stroke:0.1 to 200 in. ➢Resolution:infinitesimal ➢Non-linearity:1% of full scale for standard units,
第22页/共62页
若 则
被Δ L测与量被与测Δ量l c也成成正正比比，。(a)
2lc
Δlc r
实际上由于磁场强度分布 不均匀，输入量与输出量
x 线圈Ⅰ
2l 0 . H（INl ）
线圈Ⅱ
之间关系非线性的。 为了提高灵敏度与线性度, 常采用差动螺管式自感传
80 . 60 . -1.2 -0.8 -0.4 40 . 2
0.02% for special units of rather long stroke ➢Sensitivity:5 to 40 V/in. To rotary motion measurement sensors: ➢Non-linearity of the order of (0.5 to 1)% of full scale
②气隙减少Δδ所引起的自感变化ΔL1与气隙增加同样Δδ 所引起的自感变化ΔL2并不相等，即ΔL1＞ΔL2，其差 值随Δlδ/lδ的增加而增大。
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换成自感系数变化的传感器。
※
互感式传感器（又称差动变压器式传感器）即将非 电量转换成互感系数变化的传感器。
本章主要介绍自感式、互感式和涡流式三种传感器。
X
6.1 电感式传感器 6.1.1 电感传感器的工作原理和等效电路
l1
线圈 I A
.
Usr
S1
铁芯
l2
S2
衔铁
自感式传感器原理图
L=W2 RM
6.1 电感式传感器
6.1.1 电感传感器的工作原理和等效电路
1．工作原理
电感传感器有衔铁、铁芯和匝数为W的线圈三部分构成。传感器测量
物理量时衔铁的运动部分产生位移，导致线圈的电感值发生变化，根据定
义，线圈的电感为
W2
L=
RM
式中 RM——磁阻，它包括铁芯磁阻和空气隙的磁阻，即
RM =
li mi Si
R
mliiSi——铁磁材料各段的磁阻之和，当铁芯一定时，其值为一定； li ——各段铁芯长度；
mi ——各段铁芯的磁导率；
Si ——各段铁芯的截面积；
R ------空气隙的磁阻，R = 2/m0S。
X
即可得电感为
L=
W2
li 2
也叫变磁阻式传感器。
X
X
Байду номын сангаас
2、等效电路
电感传感器是一个带铁芯的可变电感，由于线圈的铜耗、铁芯的涡
流损耗、磁滞损耗以及分布电容的影响，它并非呈现纯电感。等效电路
如图所示，其中L为电感，Rc为铜损电阻，Re电涡流损耗电阻，磁滞损耗 电阻Rh，C为传感器等效电路的等效电容。等效电容C主要是由线圈绕组 的固有电容和电缆分布电容引起。电缆长度的变化，将引起C的变化。
第6章 电感式传感器
6.1 电感式传感器 § 6.1.1 电感传感器的工作原理和等效电路 § 6.1.2 电感式传感器的结构类型及特性 § 6.1.3 电感传感器的测量电路
6.2 差动变压器式电感传感器 § 6.2.1 工作原理 § 6.2.2 差动变压器式传感器的特性
6.3 电涡流式传感器 § 6.3.1 电涡流式传感器的工作原理及特性 § 6.3.2 电涡流式传感器结构型式及特点 § 6.3.3 影响涡流传感器灵敏度的因素 § 6.3.4 测量电路
电感L与气隙长度 的关系如图所示。它是一条双曲线，所以非 线性是较严重的。为了得到一定的线性度，一般取 /0=0.1～0.2。
L
+L
L0
-L
-
0
X
6.4 电感式传感器的应用 § 6.4.1 电感传感器的应用 § 6.4.2 电涡流传感器的应用
※
电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测的物理
量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈的自感系数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，实现由非电量到电量转换的装置。 ※ 自感式传感器（又称电感式传感器）即将非电量转
d Ls =
1
dL
Ls
1 - 2 LC L
考虑分布电容后，电感传感器的灵敏度增加了。因此，必须根据测试
时所用电缆长度对传感器进行标定，或者相应调整并联电容。 X
6.1.2 自感式传感器的结构类型及特性
常见的自感式传感器有变间隙式、变面积式和螺线管式三类。
1、变间隙式电感传感器
1-
线圈电感的相对变化量为：L
L0
=
1
1
-
若 ／0＜＜l，则可得
L
L0
=
0
0
2
0
3
0
4
X
同理可得当衔铁向下移动时的 L／L0为
X
Q——品质因数，Q=wL/R。 当电感传感器 Q值高时，即1/Q2《1，则上式可变为：
Zs
R
1- 2 LC
2
jL
1- 2 LC
= Rs
jLs
考虑分布电容时，电感传感器的有效串联电阻和有效电感都增加了， 而线圈的有效品质因数却减小。
电感传感器有效灵敏度为：
Z = R jL
当考虑并联分布电容时，阻抗为Zs
Zs
=
R
j L
1
j C
R jL
1
j C
=
R
jL 1 - 2 LC - 2 LC Q2
1 - 2LC 2 2LC Q 2
1 - 2 LC 2 2 LC Q 2
miSi m0S
因为铁磁材料其磁阻与空气隙磁阻相比较小，计算时可忽略
不计，这时有:
L = W 2m0S 2
由上式可知，当线圈及铁芯一定时，W为常数，如果改变d 或S时，L值就会引起相应的变化。电感传感器就是利用这一原理 做成的。最常用的是变气隙长度d 的电感传感器。由于改变d 和 S都是使气隙磁阻变化，从而使电感发生变化，所以这种传感器
l1
线圈 I A
.
Usr
S1
l2
S2
铁芯
衔铁
x Rm L(Z )
测出L可确定x。
X
若使得衔铁向上移动取为- ，得此时电感为：
L =
W 2m0S
2 0 -
则电感增量为：
L =
L - L0
=
L0
1
L L0
=-
0
0
2
-
0
3
0
4
-
由上式可见，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Δ 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盾。
当电感传感器确定后，这些参数即为已知量。
Rc C
L
Rh
Re
X
Rc C
L
Rh
Re
自感式传感器等效电路 *这里需要注意的是传感器等效电路的等效电容C，它主要是由线圈绕组的分布电容和
。 电缆电容引起。电缆长度的变化，将引起C的变化
X
忽略分布电容且不考虑各种损耗时，电感传感器阻抗为:
※
互感式传感器（又称差动变压器式传感器）即将非 电量转换成互感系数变化的传感器。
本章主要介绍自感式、互感式和涡流式三种传感器。
X
6.1 电感式传感器 6.1.1 电感传感器的工作原理和等效电路
l1
线圈 I A
.
Usr
S1
铁芯
l2
S2
衔铁
自感式传感器原理图
L=W2 RM
6.1 电感式传感器
6.1.1 电感传感器的工作原理和等效电路
1．工作原理
电感传感器有衔铁、铁芯和匝数为W的线圈三部分构成。传感器测量
物理量时衔铁的运动部分产生位移，导致线圈的电感值发生变化，根据定
义，线圈的电感为
W2
L=
RM
式中 RM——磁阻，它包括铁芯磁阻和空气隙的磁阻，即
RM =
li mi Si
R
mliiSi——铁磁材料各段的磁阻之和，当铁芯一定时，其值为一定； li ——各段铁芯长度；
mi ——各段铁芯的磁导率；
Si ——各段铁芯的截面积；
R ------空气隙的磁阻，R = 2/m0S。
X
即可得电感为
L=
W2
li 2
也叫变磁阻式传感器。
X
X
Байду номын сангаас
2、等效电路
电感传感器是一个带铁芯的可变电感，由于线圈的铜耗、铁芯的涡
流损耗、磁滞损耗以及分布电容的影响，它并非呈现纯电感。等效电路
如图所示，其中L为电感，Rc为铜损电阻，Re电涡流损耗电阻，磁滞损耗 电阻Rh，C为传感器等效电路的等效电容。等效电容C主要是由线圈绕组 的固有电容和电缆分布电容引起。电缆长度的变化，将引起C的变化。
第6章 电感式传感器
6.1 电感式传感器 § 6.1.1 电感传感器的工作原理和等效电路 § 6.1.2 电感式传感器的结构类型及特性 § 6.1.3 电感传感器的测量电路
6.2 差动变压器式电感传感器 § 6.2.1 工作原理 § 6.2.2 差动变压器式传感器的特性
6.3 电涡流式传感器 § 6.3.1 电涡流式传感器的工作原理及特性 § 6.3.2 电涡流式传感器结构型式及特点 § 6.3.3 影响涡流传感器灵敏度的因素 § 6.3.4 测量电路
电感L与气隙长度 的关系如图所示。它是一条双曲线，所以非 线性是较严重的。为了得到一定的线性度，一般取 /0=0.1～0.2。
L
+L
L0
-L
-
0
X
6.4 电感式传感器的应用 § 6.4.1 电感传感器的应用 § 6.4.2 电涡流传感器的应用
※
电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测的物理
量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈的自感系数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，实现由非电量到电量转换的装置。 ※ 自感式传感器（又称电感式传感器）即将非电量转
d Ls =
1
dL
Ls
1 - 2 LC L
考虑分布电容后，电感传感器的灵敏度增加了。因此，必须根据测试
时所用电缆长度对传感器进行标定，或者相应调整并联电容。 X
6.1.2 自感式传感器的结构类型及特性
常见的自感式传感器有变间隙式、变面积式和螺线管式三类。
1、变间隙式电感传感器
1-
线圈电感的相对变化量为：L
L0
=
1
1
-
若 ／0＜＜l，则可得
L
L0
=
0
0
2
0
3
0
4
X
同理可得当衔铁向下移动时的 L／L0为
X
Q——品质因数，Q=wL/R。 当电感传感器 Q值高时，即1/Q2《1，则上式可变为：
Zs
R
1- 2 LC
2
jL
1- 2 LC
= Rs
jLs
考虑分布电容时，电感传感器的有效串联电阻和有效电感都增加了， 而线圈的有效品质因数却减小。
电感传感器有效灵敏度为：
Z = R jL
当考虑并联分布电容时，阻抗为Zs
Zs
=
R
j L
1
j C
R jL
1
j C
=
R
jL 1 - 2 LC - 2 LC Q2
1 - 2LC 2 2LC Q 2
1 - 2 LC 2 2 LC Q 2
miSi m0S
因为铁磁材料其磁阻与空气隙磁阻相比较小，计算时可忽略
不计，这时有:
L = W 2m0S 2
由上式可知，当线圈及铁芯一定时，W为常数，如果改变d 或S时，L值就会引起相应的变化。电感传感器就是利用这一原理 做成的。最常用的是变气隙长度d 的电感传感器。由于改变d 和 S都是使气隙磁阻变化，从而使电感发生变化，所以这种传感器
l1
线圈 I A
.
Usr
S1
l2
S2
铁芯
衔铁
x Rm L(Z )
测出L可确定x。
X
若使得衔铁向上移动取为- ，得此时电感为：
L =
W 2m0S
2 0 -
则电感增量为：
L =
L - L0
=
L0
1
L L0
=-
0
0
2
-
0
3
0
4
-
由上式可见，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Δ 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盾。
当电感传感器确定后，这些参数即为已知量。
Rc C
L
Rh
Re
X
Rc C
L
Rh
Re
自感式传感器等效电路 *这里需要注意的是传感器等效电路的等效电容C，它主要是由线圈绕组的分布电容和
。 电缆电容引起。电缆长度的变化，将引起C的变化
X
忽略分布电容且不考虑各种损耗时，电感传感器阻抗为: