电感式传感器工作原理
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
电感式传感器的工作原理
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。
根据转换方式的不同，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.可变磁阻式传感器
可变磁阻式传感器自感
自感L与气隙δ成反比，而与气隙导磁截面积S0 成正比。
灵敏度S与气隙长度δ的平方成反比，δ愈小，灵敏度S愈高。
为了减小非线性误差，在实际应用中，一般取。
这种传感器适用于较小位移的测量，一般约为0.001～1 mm。
2.涡电流式传感器
3.互感式传感器
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。
由于常采纳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沟通量，如用沟通电压表指示，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，沟通电压输出存在肯定的零点残余电压，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纳既能反
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。
接近传感器工作原理
接近传感器工作原理接近传感器是一种常用于检测物体靠近或远离的设备，广泛应用于自动化控制系统中。
其工作原理主要是基于物体与传感器之间的电磁互感作用。
一、电感式接近传感器工作原理电感式接近传感器是最常见的接近传感器之一。
它的工作原理基于物体靠近传感器时，物体的金属部分会改变传感器线圈的感应电流。
在电感式接近传感器中，传感器通常由一个线圈和一个高频振荡电路组成。
当没有物体靠近时，线圈的振荡电流会产生一个特定的电磁场。
当物体靠近传感器时，物体的金属会感应出传感器线圈的电流，并改变振荡电路的频率。
通过监测振荡电路的频率变化，接近传感器可以判断物体是否靠近。
一般来说，当物体靠近时，电感式接近传感器的频率会发生明显的变化，从而触发相应的控制信号。
二、光电式接近传感器工作原理光电式接近传感器是另一种常见的接近传感器。
它的工作原理基于物体对光的反射或遮挡。
在光电式接近传感器中，传感器通常由一个发光器和一个接收器组成。
发光器会发射出一束光线，然后光线会被物体反射或被物体遮挡。
接收器会接收到反射光线或没有接收到光线。
通过检测接收器接收到的光线强度的变化，光电式接近传感器可以判断物体是否靠近或遮挡。
一般来说，当物体靠近时，接收器会接收到反射光线，光线强度会增加；当物体遮挡时，接收器不会接收到光线，光线强度会减弱或消失。
三、超声波式接近传感器工作原理超声波式接近传感器是一种利用超声波进行距离测量的设备。
它的工作原理基于超声波在空气中传播的时间和传感器接收到的超声波频率。
在超声波式接近传感器中，传感器会发射一束超声波脉冲，并通过接收器接收到反射回来的超声波。
传感器通过计算超声波的往返时间和频率的变化，来判断物体与传感器之间的距离。
一般来说，当物体靠近时，超声波的回波时间会减小，频率也会发生变化。
而当物体远离时，回波时间会增大，频率也会变化。
通过测量回波时间和频率的变化，超声波式接近传感器可以确定物体与传感器之间的距离。
综上所述，接近传感器主要通过电磁互感、光的反射和遮挡、以及超声波的传播时间和频率变化等原理来检测物体的接近或远离。
电感传感器应用的工作原理
电感传感器应用的工作原理什么是电感传感器？电感传感器是一种常用的传感器，用于检测和测量电感变化。
它利用电感的特性来感测、测量和监测电流、位置、物体接近和速度等。
电感传感器广泛应用于工业自动化、汽车电子、航空航天以及消费电子等领域。
工作原理电感传感器基于电感的工作原理，其工作原理可以分为两种：电感耦合和电感变压器。
1. 电感耦合电感耦合是利用两个互相缠绕的线圈来传递信号或能量。
其中一个线圈称为主线圈，另一个线圈称为次线圈。
当主线圈中的电流发生变化时，由于磁通的改变，次线圈中将会产生感应电动势。
通过测量次线圈中的感应电动势可以获得主线圈中电流的信息。
2. 电感变压器电感变压器工作原理类似于普通的变压器，利用磁感应耦合来传递信号或能量。
电感变压器由一个主线圈和一个次线圈组成，主线圈通常被激磁以产生磁场。
当主线圈中的电流发生变化时，导致次线圈周围的磁场发生变化，从而在次线圈中产生感应电动势。
电感传感器的应用电感传感器具有广泛的应用领域，下面列举一些常见的应用案例：•汽车电子：电感传感器可以用于测量电机的电流、转速和位置，如发动机控制单元（ECU）中使用的电感式曲轴位置传感器。
•工业自动化：电感传感器可以用于检测物体的位置和接近程度，如工业机器人中使用的电感式接近传感器。
•家庭电子：电感传感器可以用于测量家电设备中的电流和能量，如智能电表中使用的电感式传感器。
•医疗设备：电感传感器可以用于监测患者体内的生物电流，如心电图仪中使用的电感式传感器。
•航空航天：电感传感器可以用于测量飞机中的空气流量和速度，如空气流量计中使用的电感式传感器。
•环境监测：电感传感器可以用于测量大气中的湿度和温度，如气象站中使用的电感式传感器。
结论电感传感器通过利用电感的特性来检测和测量电感变化。
它可以通过电感耦合或电感变压器的工作原理来实现。
电感传感器在汽车电子、工业自动化、家庭电子、医疗设备、航空航天以及环境监测等领域具有广泛的应用。
《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。
电感式传感器的工作原理
电感式传感器的工作原理
电感式传感器是一种测量磁场的非接触性传感器，它将磁场变化转换为电信号，可以被测量或控制。
它是利用电磁感应原理，通过在传感器绕组上旋转电磁感应体，来设计传感器的基本类型。
电感式传感器可以测量各方向磁场的变化，以及它们之间的关系。
电感式传感器的工作原理是，它由两个电磁感应体和一个变压器机构组成，其中电磁感应体根据外部磁场的变化而发生位移，从而引起变压器机构内的两个电磁位移的不同，再经过一些外部电路的处理，来输出可视的变化量。
电感式传感器通常可以检测到0.016 Tesla的磁场强度，通过这种传感器可以检测到细微的变化，并发出可检测或可控制的信号。
它还可以用来测量各种磁场或探测复杂的物体表面磁场变化，并准确地表示变化量。
电感式传感器还可以用来测量磁场强度的变化率，同时查看外部磁位的变化，控制继电器的开关等。
电感式传感器的工作原理十分简单，非常容易安装，它可以检测磁场的灵敏度非常高，具有高精度、可靠性高、反应速度快、体积小、可用于无源测量等优点，用来检测磁场强度以及变化量是十分有效的。
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。
电感式传感器应用场景
电感式传感器应用场景以电感式传感器应用场景为题，本文将介绍电感式传感器的工作原理、主要应用领域以及未来发展趋势。
一、电感式传感器的工作原理电感式传感器是利用电感的变化来检测物理量的传感器。
它由感应线圈和铁芯组成。
当感应线圈中通过交变电流时，会在铁芯中产生交变磁场，进而引起感应线圈中的电感值发生变化。
通过测量感应线圈中的电感值的变化，可以判断被测量的物理量的变化情况。
二、电感式传感器的主要应用领域1. 位移测量：电感式传感器可以通过测量电感值的变化来实现位移测量，广泛应用于机械加工、自动化控制等领域。
例如，在汽车制造过程中，可以利用电感式传感器来测量发动机的运动轨迹，从而实现精确的运动控制。
2. 压力测量：电感式传感器可以通过测量被测物体所受压力引起的变形来实现压力测量，常用于工业生产中的液位、气体压力等的测量。
例如，在石油化工行业中，可以利用电感式传感器来测量管道中的液位，以确保生产过程的安全和稳定。
3. 温度测量：电感式传感器可以通过测量被测物体温度引起的热膨胀变化来实现温度测量，被广泛应用于工业生产中的温度控制领域。
例如，在电力行业中，可以利用电感式传感器来测量变压器的温度，以避免过热引发事故。
4. 流量测量：电感式传感器可以通过测量流体流动引起的涡旋产生的电感值变化来实现流量测量，常用于工业生产中的流体控制领域。
例如，在化工行业中，可以利用电感式传感器来测量管道中的流体流量，从而实现精确的流量控制。
三、电感式传感器的未来发展趋势随着科技的不断进步，电感式传感器在各个领域的应用也在不断拓展。
未来，电感式传感器有以下几个发展趋势：1. 进一步提高精度：随着技术的发展，电感式传感器的测量精度将进一步提高，可以实现更加精确的测量。
这将在工业自动化、医疗诊断等领域发挥重要作用。
2. 增加多功能性：未来的电感式传感器将具备更多的功能，可以同时测量多个物理量，并实现多种复杂的控制。
这将提高传感器的应用灵活性和效率。
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20
2．带相敏整流的交流电桥
• 上述变压器式交流电桥中，由于采用交流电源， 则不论活动铁芯向线圈的哪个方向移动，电桥输 出电压总是交流的，即无法判别位移的方向。
• 常采用带相敏整流的交流电桥。
21
结构
带相敏整流的交流电桥电路
22
（1）初始平衡位置时
铁芯处于初始平衡位置时的等效电路
23
（2）活动铁芯向一边移动时
• 差动式电感传感器对外界 影响，如温度的变化、电 源频率的变化等基本上可 以互相抵消，衔铁承受的 电磁吸力也较小，从而减 小了测量误差。
1—测杆 2—衔铁 3—线圈
14
特性
1、2—L1、L2的特性 3—差动特性
15
4.1.2 自感式传感器的测量电路
• 测量电路有交流分压式、交流电桥式和谐振式等多种，常用 的差动式传感器大多采用交流电桥式 。
线圈
Rm
磁路的总磁阻可表示为：
δ
Rm
li 2 iSi 0S
衔铁
Δδ
近似计算出线圈的电感量为：
L N 2S0 2
9
结论
• 电感式传感器从原理上可分为变气隙长度式和变气 隙截面式两种类型，前者常用于测量直线位移，后 者常用于测量角位移。
• 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。
6
内容
• 4.1.1 结构和工作原理 • 4.1.2 自感式传感器的测量电路 • 4.1.3 自感式传感器应用举例
自感式传感器的基本工作原理演示
F
7
衔铁移动 磁路中气隙磁阻变化
线圈的电感值变化
8
4.1.1 基本工作原理
由于Nm LI ,
Fm
NI , m
Fm Rm
铁芯 可得： L N 2
( Z1 Z1 Z2
1 2)U2
• 当传感器的活动铁芯处于初始平衡位置时，两线 圈的电感相等，阻抗也相等。
• 电桥输出电压，电桥处于平衡状态。
18
变化时
• 当铁芯向一边移动时，则一个线圈的阻抗增加 ，
Z1 Z0 Z Z2 Z0 Z
Uo
( Z0 Z 2Z0
• 交流电桥的种类很多，差动形式工作时其电桥电路常采用双 臂工作方式。
16
1．变压器交流电桥
• 电桥有两臂为传感器的 差动线圈的阻抗，所以
该电路又称为差动交流 电桥
变压器式交流电桥电路图
17
分析
• 设O点为电位参考点，根据电路的基本分析方法， 可得到电桥输出电压为
Uo
UAB
VA VB
1 2
)U
2
Z 2Z0
U2
19
变化后的电压
• 当传感器线圈为高Q值时，则线圈的电阻远小于 其感抗
• 当活动铁芯向另一边（反方向）移动时
Uo
L 2L0
U2
• 差动式自感传感器采用变压器交流电桥为测量电 路时，电桥输出电压既能反映被测体位移量的大
小，又能反映位移量的方向，且输出电压与电感 变化量呈线性关系。
10
4.1.1 常见结构形式
1—线圈 2—铁芯 3—衔铁 4—测杆 5—导轨 6—工件 7—转轴
11
1．变气隙式（闭磁路式）自感传感器
•
由电感式
L
N 2S0 2
可知，变气隙长度式传感器
的线性度差、示值范围窄、自由行程小，但在小
位移下灵敏度很高，常用于小位移的测量。
1—线圈 2—铁芯 3—衔铁
1
引言
根据法拉第电磁定律，当穿过闭合电路的磁通量 发生变化时，就会产生感应电动势，这种现象称为电 磁感应。利用这种现象可以构成各种各样的传感器。
电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实 现测量的一种装置.
2
电感式传感器
原理
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
不足
存在交流零位信号，不宜高频动态测量。
4
主要章节内容
• 4.1 自感式传感器 • 4.2 差动变压器式传感器 • 4.3 电涡流传感器
5
4.1 自感式传感器
• 自感式传感器是利用自感量随气隙变化而改变
的原理制成的，主要用来测量位移。
• 自感式传感器主要有闭磁路变隙式和开磁路螺 线管式，它们又都可以分为单线圈式与差动式 两种结构形式。
铁芯向线圈一个方向移动时的等效电路
24
结果
在Ui的正半周
Uo
VD
VC
Z 2Z0
1
(
1 Z
)2
Ui
2Z0
在Ui的负半周
Uo
VD VC
Z 1 2Z0 1 ( Z
)2
Ui
Z 2Z0
Ui
2Z0
25
• 只要活动铁芯向一方向移动，无论在交流电源的 正半周还是负半周，电桥输出电压均为正值。
12
1．变气隙式（闭磁路式）自感传感器
•
由电感式
L
N 2S0 2
同样可知，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，常用来测量较大位移量。
• 为扩大示值范围和减小非线性误差，可采用差动 结构。
13
2．螺线管式（开磁路式）自感式传感器 • 螺线管式自感式传感器常采用差动式。
定义 利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的装置。
感测量 位移、振动、压力、应变、流量、比重等。
分类 根据转换原理：自感式（変磁阻式）、互感式（差动变压器式）、 电涡流式。 根据结构形式：气隙型、面积型和螺管型。
3
优 点
① 结构简单、可靠 ② 分辨率高
机械位移0.1μm，甚至更小；角位移0.1角秒。 输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm 。 ③ 重复性好，线性度优良 在几十μm到数百mm的位移范围内，输出特性的线性度 较好，且比较稳定。 ④ 能实现远距离传输、记录、显示和控制
29
1．自感式测厚仪
1—可动铁芯 2—测杆 3—被测物体
30
2．位移测量
1—引线 2—线圈 3—衔铁 4—测力弹簧 5—导杆 6—密封罩 7—测头
31
其他电感测微头
32
4.2 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。因这种传感器是根据变压器的基本原理制成 的，并且其二次绕组都用差动形式连接，所以又叫差动变 压器式传感器，简称差动变压器。
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（3）活动铁芯向相反方向移动时
• 当活动铁芯向线圈的另一个方向移动时，用上述 分析方法同样可以证明，无论在的正半周还是负 半周，电桥输出电压均为负值。
27
应用
1—理想特性曲线 2—实际特性曲线
28
4.1.3自感式传感器应用举例
• 用于测量位移，还可以用于测量振动、应变、厚 度、压力、流量、液位等非电量。