第4章 电感式传感器及应用
传感器原理与应用
《传感器原理与应用》 , 第58页第四章电感式传感器电感式传感器是利用电磁感应把铰测的物理量加位移、压力、流量、振动等转换成线圈的自感系数人或互感系数AJ的变化，再由涵量电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。
电感式传感器具有以下特点：(1)结构简单，传感器无活动电触点，因此工作可靠寿命长；(2)灵敏度和分辨率高，能测出0．01Pm酌位移变化。
传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出；(3)线性度和重复性都比较好，在一定位移范围几十微米至数毫米内．传感器非线性误差可做到0．05％一0．1％，并且稳定性也较好。
同时．这种传感器能实现信息的远距离传辖、记录、显示和控制，它在上业自动控制系统中广泛被采用；但是它台频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。
电感式传感器种类很多，本章主要介绍自感式、互感式和涡流式三种传感器。
变磁阻式传感器变磁阻式传感器的结构如图4—1所示。
它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。
铁芯利衔铁都由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成。
在铁芯和活动衔铁之间有气隙，气隙厚度为8。
传感器的运动部分与衔铁相连，当衔铁移动时，气院厚度6发生变化，从而使磁路中磁配变化．导致电感线圈的电感值变化，这样可以籍以判别被tIg量的位移大小。
线圈的电感值L可按下列电工学公式计算：式中贝——线圈匝数；RN——单位长度上磁路的总磁阻磁路总磁阻可写为式中 Rf——铁芯磁阻；R6——空气气隙磁阻式(4—3)中第一项为铁芯磁阻v第二项为衔铁磁阻；Ll一一磁通通过铁芯助长度(m)；4l——铁芯横截面积(m’)；Al——铁芯材料的导磁率(H／m)；乙——磁通通过衔铁的长度(m)；A2——衔铁横截面积(m2)；A：——衔铁材料的导磁率(H／m)；j一—气隙厚度(m)；A一—气隙横截面积(m’)；P。
——空气的导磁率(4n×10“H／m)。
由于及f《Rj，常常忽略Rf，因此，可得线圈电感为《传感器原理与应用》 , 第59页由式(4—5)可知，当线圈匝数确定后，只要改变j和4均可导致电感的变化，因此v变碰阻式传感器又可分为变气隙厚度6的传原器和变气隙面积4的传感器。
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》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。
第4章 电感式传感器线位移及尺寸测量
2
P
r
x
B 为简化分析，设螺管线圈的长径 比 l / r 1 ，则可认为螺管线 圈内磁场强度分布均匀，线圈 中心处的磁场强度为： IN H 2 2 l N NBS 0 N r 则空心螺管线圈的电感为： L0 I I l
电子工业出版社
x
当线圈插有铁芯时，由于铁芯是铁磁性材料，使插入部分的磁 阻下降，故磁感强度B增大，电感值增加。
电子工业出版社
L
ΔL1 L0 ΔL2 δ0 δ
2. 螺线管型电感传感器
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一根圆柱 形铁芯及磁性套筒。传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度 的变化，引起线圈泄漏路径中磁阻的变化，从而使线圈自感发 生变化。
螺管线圈 l r 铁芯 x
电子工业出版社
为了提高灵敏度与线性度,常 采用差动螺管式自感传感器。 图(b)中H=f(x)曲线表明：为 了得到较好的线性,铁芯长度 取0.6l时,则铁芯工作在H曲线 的拐弯处,此时H变化小。这种 差动螺管式自感传感器的测量 范围为(5～50)mm,非线性误 差在0.5％左右。
2lc
Δlc
r
x 线圈Ⅱ (a)
当
2 4 L 1 2 ... L0 0 0 0 L 2 忽略高次项，可得: L0 0
0
，上式展开成泰勒级数： 1
差动变隙式自感传感器的灵敏度为
3
L L0 2 K 0
1 线圈Ⅰ自感特性曲线； 2 线圈Ⅱ自感特性曲线； 3 线圈Ⅰ与Ⅱ差动自感特性曲线； 4 差动电桥输出电压－位移特性曲线
电子工业出版社
L/mH 100 75 LD 50 25
第四章电感式传感器第一节自感式传感器
（2）变压器电桥
电桥的两个平衡臂为变压器的两个副边。电 桥的输出与前面交流电桥类似。
１、工作原理 气隙型电感传感器由线圈、铁芯和衔铁
组成，工作时，气隙厚度δ随衔铁运动而变
化，引起磁阻变化（故又称为磁阻式传感 器），从而导致电感变化而在线圈中产生感 应电动势。
线圈电感为：
式中，N 为线圈匝数； 为R m磁、工作原理
假设气隙磁场是均匀的，在忽略磁路铁损后， 磁路的总磁阻为:
式中， 为铁芯磁路总长， 为衔铁磁路总长，
δ为气隙厚度，
分别为铁芯、衔铁、真空磁导率， 分别为铁芯、衔铁、气隙的截面积。
一、变磁阻式电感传感器
１、工作原理
将总磁阻代入电感公式，得
由于
,则上式可简化为：
由公式可知，电感 L 是气隙截面积 A 和长 度δ 的函数。由此可制成两种类型的传感器：
变气隙型和变截面型。
第四章 电感式传感器
§4-1 自感式传感器 §4-2 差动变压器式传感器 §4-3 电涡流式传感器
第四章 电感式传感器
概述
【能量变换】属能量控制型传感器
第四章 电感式传感器
概述
【原理】是利用线圈自感和互感来实现非电量 的电测。
【用途】检测位移、振动、压力、应变、流量 和比重等
【类型】自感式、互感式和电涡流式。 【特点】结构简单、分辩率高、输出信号强、
１、单线圈型工作原理
（1）螺管内未插入铁芯时，螺管线圈的电感为
式中 r —— 螺管半径； l —— 螺管圈长度。
二、螺管型电感传感器
１、单线圈型工作原理
（2）当铁芯插入长度 lx 等于线圈长度 l 时，
线圈电感为:
二、螺管型电感传感器
第四章电感式传感器
式中，r 、rc 为螺管、铁芯的半径；l、l为c 螺管、铁芯 的长度； lc 、rc 位移量。
所以，传感器灵敏度为：
K
4 2 N 2
l2
r
1 rc2
107
采用差动形式，灵敏度可提高一倍。 提高灵敏度的途径：
①使线圈与铁芯尺寸比值和趋于1； ②铁芯的材料选用导磁率大的材料。
三种自感式传感器的比较： ◆ 变间距式: 灵敏度最高，且随间距增大而减小；
4.2.4 误差因素分析
（1）激励电源的影响 幅值和频率都会直接影响输出，必须适当选择 合适的值。
（2）温度的影响： 温度变化，引起线圈磁场发生变化，从而产生 温漂（品质因数Q低时，影响更为严重。
解决方法：①采用恒流源供电； ②提高线圈的品质因数； ③采用差动电桥。
（3）零点残余电压 差动变压器在初始状态下，衔铁处于中间位置， 存在零点残余电压，
常用测量电路为： ◆ 差动整流电路 ◆ 相敏检波电路
1. 差动整流电路 差动整流电路分为全波和半波电路，如图所示：
以图（c）为例，波形变化为：
2．相敏检测电路
4.2.6 应用
(1)差动变压器式加速度传感器
(2)差动变压器式微压力变送器
微压传感器
退出
电感测微仪------差动式自感传感器测量微位移
4.1 自感式传感器
自感传感器的常见形式有气隙型和螺管型。
一、气隙型电感传感器 1. 工作原理：
线圈的电感为：
N2 L
Rm
Rm
l1
1S1
l2
2S2
l
0S
一般铁心的磁阻远较气隙磁阻小，有
Rm
l
0S
电感值与以下几个参数有关：与线圈匝数N 平方成正比；与空气隙有效截面积S成正比；与 空气隙长度所反比。
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。
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。
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1.电感式传感器的工作原理 电感式传感器的工作原理是基于 电磁感应原理，它把被测量转化为电 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。
2013-7-17
重庆工商职业学院
机电工程系
1.自感式传感器
自感式电感传感器主要有变间隙型、变面积型和螺管型三种类型。由 线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料制成。 在铁芯和衔铁之间有气隙，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。 1．变间隙型电感传感器 2．变面积型电感传感器 3．螺管型电感传感器 4．差动式电感传感器 为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动式电感传感器。 5．自感式传感器的测量电路 电感式传感器的测量电路有交流电桥式、变压器式交流电桥以及谐振 式等。
2013-7-17
重庆工商职业学院
机电工程系
3.2 测量电路 用于测量位移的电涡流式传感器有变间隙型、 变面积型和螺管型。 变间隙型电涡流传感器 变面积型电涡流传感器 螺管型电涡流传感器
4.电感式传感器的应用
4.1．差动变压器式力传感器
4.2．沉筒式液位计
2013-7-17 重庆工商职业学院 机电工程系
2013-7-17 重庆工商职业学院 机电工程系
2．2差动变压器的结构类型
螺线管式差动变压器结构
2013-7-17
重庆工商职业学院
机电工程系
2.3．差动变压器式传感器测量电路
（1）差动变压器的输出是交流电压(用交流电压表测量，只能反映衔 铁位移的大小，不能反映移动的方向)； （2）测量值中将包含零点残余电压。 为了达到能辨别移动方向和消除零点残余电压的目的，实际测量时， 常常采用差动整流电路和相敏检波电路。 (1)差动整流电路 这种电路是把差动变压器的两个次级输出电压分别整流， 然后将 整流的电压或电流的差值作为输出。 (2)相敏检波电路
r1 £« I1 L1a £ £« r2a
E2 a
r2b
£«
L2a £« E2 b L2b £
Uo
£
RL
U
£
差动变压器等效电路
2013-7-17Fra bibliotek重庆工商职业学院
机电工程系
3．电涡流传感器
3.1 工作原理和基本结构、类型 根据法拉第定律，当传感器线圈通以正弦交变电流I1时， 线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1，使置于此磁场中的金 属导体中感应电涡流I2，I2又产生新的交变磁场H2。 根据愣次定律，H2的作用将反抗原磁场H1，由于磁场H2的 作用，涡流要消耗一部分能量，导致传感器线圈的等效阻抗发 生变化。线圈阻抗的变化完全取决于被测金属导体的电涡流效 应。 一般讲，线圈的阻抗变化与导体的电导率、磁导率、几何 形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测导体间 的距离有关。如果保持某些参数不变，而只改变一个参数，传 感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数。通过与传感器配 用的测量电路测出阻抗Z的变化量，即可实现对该参数的测量。
2013-7-17
重庆工商职业学院
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2.差动变压器式传感器
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：变隙式、变面积式和螺线 管式等。 在非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动 变压器，它可以测量1～100mm机械位移，并具有 测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优 点。 2.1．互感式传感器的工作原理 互感式传感器的工作原理类似变压器的作用原理