第4部分 传感器原理3-电感式
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
传感器原理及工程应用习题参考答案
《传感器原理及工程应用》习题答案第1章 传感与检测技术的理论基础（P26）1—1：测量的定义？答：测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。
所以, 测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较， 确定被测量对标准量的倍数。
1—2：什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？1－3 用测量范围为－50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：已知： 真值L ＝140kPa 测量值x ＝142kPa 测量上限＝150kPa 测量下限＝－50kPa∴ 绝对误差 Δ＝x-L=142-140=2(kPa)实际相对误差 ％＝＝43.11402≈∆L δ标称相对误差 ％＝＝41.11422≈∆x δ引用误差％－－＝测量上限－测量下限＝1)50(1502≈∆γ1－10对某节流元件（孔板）开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量，测量数据如下（单答：绝对误差是测量结果与真值之差, 即: 绝对误差=测量值—真值相对误差是绝对误差与被测量真值之比,常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示 , 即: 相对误差=绝对误差/测量值 ×100%引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示, 即: 引用误差=绝对误差/量程 ×100%位：mm ）：120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出其测量结果。
解：则 2072.410.03270.0788()0.104d G mm v σ=⨯=<=-，所以7d 为粗大误差数据，应当剔除。
然后重新计算平均值和标准偏差。
当n ＝14时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.37。
传感器与检测技术-电感式传感器
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。
可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。
电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感，在被测量转换成线圈自感或互感的变化时。
一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。
这类传感器的主要特征是具有线圈绕组。
丄3. 1自感式传感器丄3. 2变压器式传感器丄3. 3涡流式传感器丄3. 4压磁式传感器丄3. 5感应同步器*本章要点3. 1自感式传感器©3.1©3. 1 蛛3・1©3. 1©3. 11自感式传感器的工作原理2灵敏度与非线性3等效电路T<14转换电路5零点残余电压©3. 1 6自感式传感器的特点及应用3. 1. 1自感式传感器的工作原理电感值与以下几个参数有关：与线圈匝数W平方成正比；与空气隙有效截面积S。
成正比；与空气隙长度1。
所反比。
刪图3-1自感式传感器原理图刪图3-2截面型自感式传感器B为动铁芯（通称衔铁）A为固定铁芯辎图3-3差动自感式传感器3. L1自感式传感器的工作原理截面型自感式传感器3. 1. 1自感式传感器的工作原理图LT3. L1自感式传感器的工作原理差分自感式传感器丕页iHBr图库J■・■3. 1. 2灵敏度与非线性气隙型其灵敏度为: 差动式传感器其灵敏度:S==lo以上结论在满足A 1/10< VI时成立。
从提高灵敏度的角度看，初始空气隙1。
距离人应尽量小。
其结果是被测量的范围也变小。
同时，灵敏度的非线性也将增加。
如釆用增大空气隙等效截面积和增加线圈匝数的方法来提高灵敏度，则必将增大传感器的几何尺寸和重量。
这些矛盾在设计传感器时应适当考虑。
与截面型自感传感器相比，气隙型的灵敏度较高。
但其非线性严重，自由行程小，制造装配困难。
因此近年来这种类型的使用逐渐减少。
差动式传感器其灵敏度与单极式比较。
其灵敏度提高一倍，非线性大大减小。
3电感式_自感式传感器解析
1 2
l 2 x
r
δ
3
2ra
1
变间隙型、变面积型
图4-1 变间隙型电感传感器
1-线圈 2-铁芯 3-衔铁
图4-4 螺管型电感传感器
1-线圈 2-衔铁
螺管型
一、工作原理（变间隙型）
传感器由线圈、铁心和衔铁组成。 铁芯衔铁用高导磁率的金属制成，二者之 间由空隙δ 隔开。工作时衔铁与被测物体 连接，被测物体的位移将引起空气隙的长 度发生变化。由于气隙磁阻的变化，导致 了线圈电感量的变化。线圈的电感可用下
当衔铁上移，上部线圈阻抗增大，Z1=Z+△Z，则下部线圈阻抗减少， Z2=Z-△Z。如果输入交流电压为正半周，设A点电位为正，B点电位为负， 二极管V1、V4导通，V2、V3截止。在A-E-C-B支路中，C点电位由于Z1增大 而比平衡时的C点电位降低；
而在A-F-D-B支中中，D点电位由于Z2的降低而比平衡时D点的电位 增高，所以D点电位高于C点电位，直流电压表正向偏转。
四、转换电路
1、调幅电路
调幅电路一般为交流电桥，是主要的测量电路，它的作用是 将线圈电感的变化转换成电桥电路的电压或电流输出。 前面已提到差动式结构可以提高灵敏度，改善线性，所以交 流电桥也多采用双臂工作形式。通常将传感器作为电桥的两个工 作臂，电桥的平衡臂可以是纯电阻，也可以是变压器的二次侧绕 组或紧耦合电感线圈。
当衔铁上移时：L2 L0
0
有下式：
L2 ( )2 ( )3 ...... L0 0 0 0
忽略高次非线性项Δ L与L0和Δ δ 成线性关系。同时由 于Δ L1与Δ L2不等，故在测量范围较小时，测量精度才高， 故此类适于小位移测量。
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。
传感器原理及其应用_第3章_电感式传感器
2
P
r
x
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：
B
x
2 2 N NBS 0 N r L0 I I l
IN H l 则空心螺管线圈的电感为：
第3章 电感式传感器
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。
如果铁芯长度 l e 小于线圈长度l，则线圈电感为
L
0N [lr ( r 1)l e re ]
2 2 2
l2
第3章 电感式传感器 当l e增加 l e 时，线圈电感增大ΔL，则
L L
电感变化量为
0N [lr ( r 1)(l e l e )re ]
0 N 2 S N2 N2 线圈自感L为： L 2 Rm 2 0 S
分类：
变气隙厚度δ的电感式传感器； 变气隙面积S的电感式传感器；
变铁芯磁导率μ的电感式传感器；
第3章 电感式传感器
自感式电感传感器常见的形式
变气隙式
变截面式
螺线管式
1—线圈coil ；2—铁芯Magnetic core ；3—衔铁Moving core
，上式展开成泰勒级数： 1
非线性误差为
0
2
0
100%
0
第3章 电感式传感器
①差动式自感传感器的灵敏度 比单线圈传感器提高一倍 ②差动式自感传感器非线性失 真小,如当Δδ/δ=10％时 , 单线圈γ＜10％；而差动式的 γ ＜1％ ③采用差动式传感器，还能抵 消温度变化、电源波动、外界 干扰、电磁吸力等因素对传感 器的影响
传感器技术与应用第2版-部分习题答案
第1章传感器特性习题答案：5.答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。
传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。
人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。
9．解：10. 解：11．解：带入数据拟合直线灵敏度 0.68,线性度±7% 。
，，，，，，13．解：此题与炉温实验的测试曲线类似:14．解：15．解：所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,16．答：dy/dx=1-0.00014x。
微分值在x<7143Pa时为正，x>7143Pa时为负，故不能使用。
17．答：⑴20。
C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350 kΩ。
V0在48.78～67.63mV之间变化。
⑵如果R2=10 MΩ，R3=250 kΩ，20。
C时，V0在0～18.85mV之间变化。
30。
C时V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。
⑶20。
C时，V0为0～18.85mV，30。
C时V0为0～17.79mV，如果零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。
但相对（2）得情况来说有很大的改善。
18．答：感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1kΩ, VN=100代入，并保证单位一致，得：感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V第3章应变式传感器概述习题答案9. 答：(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变；应变片5、6、7、8感受纵向应变；满量程时：（3）10．答：敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差，可采用自补偿和线路补偿。
11．解：12．解：13．解：①是ΔR/R=2（Δl/l）。
因为电阻变化率是ΔR/R=0.001，所以Δl/l（应变）=0.0005=5*10-4。
传感器与检测技术第三章电感式传感器
感•传式感传器感与器检测技术
第二节 互感式传感器
三、转换电路 1．反串电路
•2．桥路
感•传式感传器感与器检测技术
第二节 互感式传感器
3．差动整流电路
感•传式感传器感与器检测技术
感•传式感传器感与器检测技术
一、高频反射式涡流传感器
•线圈上通交变高频电流 •线圈产生高频交变磁场
•产生高频交变涡流 •涡流产生反磁场 •阻碍线圈电流交换作用 •等效于L或阻抗的改变
感•传式感传器感与器检测技术
二、低频透射式涡流传感器
• U L1 • 同频交变电流 • 产生一交变磁场 • 磁力线切割M • 产生涡流I • 到达L2的磁力线
传感器与检测技术第三章电 感式传感器
感•传式感传器感与器检测技术
原理
电感式传感器最基本原理是电磁感应原理。
•位 移 •被测物理量 •振 动 •压 力 •流 量 •比
•传感 •的变 器 化
•自感系数 L
•电路 •电
•互感系数
•的变 化
压
M
•电
流
感•传式感传器感与器检测技术
电感传感器优点
▪ 灵敏度高，分辨力高，位移：0.1m ； ▪ 精度高，线性特性好，非线性误差：0.05%0.1 % ； ▪ 性能稳定，重复性好 ； ▪ 结构简单可靠、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力
感•传式感传器感与器检测技术
第一节 自感式传感器
四、影响传感器精度的因素分析 1.电源电压和频率的波动影响 ▪ 电源电压的波动一般允许为5%～10%。 ▪ 严格对称的交流电桥是能够补偿频率波动影响的 2. 温度变化的影响 ▪ 为了补偿温度变化的影响，在结构设计时要合理选择零件
传感器工作原理
传感器工作原理标题：传感器工作原理引言概述：传感器是一种能够将物理量或化学量转换为电信号的设备，广泛应用于工业控制、环境监测、医疗诊断等领域。
传感器的工作原理是其能够感知外部环境的变化，并将这些变化转换为电信号输出。
本文将详细介绍传感器的工作原理。
一、传感器的感知原理1.1 传感器的感知原理是基于物理量或化学量与传感器内部元件之间的相互作用。
1.2 传感器通过感知外部环境的变化，如温度、压力、湿度等，来实现对物理量或化学量的测量。
1.3 传感器的感知原理主要包括电阻式、电容式、电感式、光电式等多种类型。
二、传感器的转换原理2.1 传感器将感知到的物理量或化学量转换为电信号的过程称为转换原理。
2.2 传感器通过内部的电路和元件将感知到的信号转换为电压、电流或频率等形式的输出信号。
2.3 转换原理的实现主要依靠传感器内部的信号处理电路和转换器。
三、传感器的输出原理3.1 传感器输出的电信号可以是模拟信号或数字信号。
3.2 模拟信号是连续变化的信号，通常通过模拟电路进行处理。
3.3 数字信号是离散的信号，通常通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号输出。
四、传感器的应用原理4.1 传感器的应用原理是将传感器输出的信号应用于各种控制系统或监测系统中。
4.2 传感器可以通过信号输出来实现对环境的监测、对设备的控制等功能。
4.3 传感器的应用原理是实现自动化控制、智能监测等技术的基础。
五、传感器的性能原理5.1 传感器的性能原理包括灵敏度、精度、分辨率、响应时间等指标。
5.2 传感器的性能原理直接影响到传感器的测量准确性和稳定性。
5.3 传感器的性能原理是评价传感器质量和性能优劣的重要标准。
结论：传感器的工作原理是通过感知、转换、输出、应用和性能等多个方面的原理相互作用，实现对外部环境的监测和控制。
了解传感器的工作原理对于正确选择和使用传感器具有重要意义，也有助于提高传感器的性能和应用效果。
希望本文对读者对传感器的工作原理有所帮助。
3检测技术-电感式传感器
L2
L2
L20
L0
0
0
2
0
3
差动自感传感器测量电路（转换电路） （1）交流电桥式
两个桥臂为传感器的线圈，另外两个为平衡电阻
交流电桥结构示意图
等效电路
初始状态时：
Z10 r1 jL1, Z20 r2 jL2 , Z3 Z4 R
r1 r2 r0 ,
L1 L2 L0 ,
空载输出电压 U0 (U / 2) (Δ Z / Z )
传感器衔铁移动方向相反时
Z1 Z Δ Z、Z2 Z Δ Z，
空载输出电压 U0 (U / 2) (Δ Z / Z )
衔铁上下移动相同距离时，输出电压大小相等方向 相差180º，要判断衔铁方向就是判断信号相位。
3.1.6 零点残余电压
Z10 Z20 Z0
衔铁上移时：Z1 Z0 Z1,
Z1 jL1
Z2 Z0 Z2 ,
输出电压为：
Z2 jL2
U0
U AC
(Z0 Z1)R (Z0 Z2 )R 2R(Z0 Z1 Z0 Z2 )
U AC 2
Z1 Z2 2Z0 Z1 Z2
U0
U AC 4
Z1 Z2 UAC
• u0的幅值要远 大于输入信号u2 的幅值, 以便有 效控制四个二极
管的导通状态。
• u0和u2由同一振荡器提供，保证二者同频、 同相（或反相）。
当位移Δx = 0时
i3
i1
i2
i4
当位移Δx = 0时，UL=0
当位移Δx > 0时, u2 与u0同频同相, 当位 移Δx< 0时 , u2与u0 同频反相。
布电容。
e
e1
零点残余电压的波形
第4章 电感式传感器
3
(d) 五节式
图4.12 差动变压器线圈各种排列形式 1 一次线圈；2 二次线圈；3 衔铁
三节式的零点电位较小，二节式比三节式灵敏度高、线性范 围大，四节式和五节式改善了传感器线性度。
2.2 工作原理
以三节式差动变压器为例，将两个匝数相等的次级绕组的 同名端反向串联，当初级绕组W1加以激磁电压时，根据变压器 的作用原理在两个次级绕组W2a和W2b中就会产生感应电势，如 果工艺上保证变压器结构完全对称，则当活动衔铁处于初始平 衡位置时，输出电压为零。
U1 U 2 j ( M 1 M 2 ) R1 jL1 其有效值为： (M1 M 2 )U1 U2 R12 (L1 ) 2
.
E 21 jM 1 I.1 . E 22 jM 2 I1
.
.
R1
M1
.
． U1 ～ M2
L21 L22 R22
U2
． ～ E22
(c)、(d) 螺线管式差动变压器
(e)、(f) 变面积式差动变压器
二次绕组
二次绕组 衔铁
一次绕组
图4.11 螺线管式差动变压器的结构示意图
螺管型差动变压器根据初、次级排列不同有二节式、三节 式、四节式和五节式等形式。 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2
2
(a) 二节式
3
(b) 三节式
2
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。
1.4 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 池吸力，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。
电感式传感器工作原理
1．电感式传感器工作原理电感式传感器由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。
振荡器产生一个交变磁场。
当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。
振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。
2．2．传感器选型指南选择的依据是要决定哪一个是合适的传感器原理。
这取决于将要测定的目标的材料。
如果目标是金属的，那么需要一个电感传感器。
如果目标是塑料做的，纸做的；或（油基或水基）流体、颗粒、或者粉末，那么需要一个电容传感器。
如果目标带有磁性，那么电磁传感器是合适的。
为你的应用选择最佳传感器的4个步骤：步骤1 按外壳形状步骤2 按动作距离步骤3 按电气数据和输出形式步骤4 按其它技术参数步骤1 按外壳形状圆柱形传感器这此传感器在它们的正面有一个感应区域，指向轴线方向。
现有的直径是从3mm(没有螺纹)和4mm(有螺纹)，一直到// 现有的罩壳材料有：★高级不锈钢★黄铜，镀镍或者复盖聚四氟乙稀★塑料矩形传感器槽型传感器步骤2 按动作距离动作距离是一个接近开关的最重的特征。
根据物理原理，对于电感传感器和电容传感器，可以应用下面的近似公式：S≤D/2式中，D是传感器的传感面直径。
S是传感器的动作距离动作距离的定义当用标准测试板轴向接近开关感应面，使开关输出信号发生变化时测量的开关感应面和测试板之间的距离。
标准测试板尺寸：其边长或为传感器的直径，或为3Sn（3倍额定动作距离）取二者中较大者，厚度为1mm材料：为ST37或碳钢例如：传感器直径为D=18mmSn=5mm则D（18mm）>3Sn(3X5mm=15mm)取18X18X1 为标准测试板如直径为D=18mmSn=8mm则D(18mm)<3Sn(3X8=24mm)则D（18mm）<3Sn(3X8=24mm)取24X24X1 为标准测试板额定动作距离Sn开关设计时理想的动作距离，即不考虑制造及外部条件所引起的偏差。
传感器原理及应用—电感式
② 结构型式
☫ 由一个扁平线圈构成，并通以高频交流激励，通过测量
该传感器线圈的电参数，包括电感、阻抗和品质因数的
变化来进行测量。
BP d1＞d2
☫ 传感器的测量范围及这种传感
线圈2
器线圈外径有关，线圈外径大
时，线圈的磁场轴向分布范围
线圈1
大，但磁感应强度的变化梯度
x
小；线圈外径小时则相反。
0
d1—线圈1的外经；d2—线圈2的外径
第三十一页，共61页。
电涡流的应用——电磁炉
第三十二页，共61页。
电磁炉
电磁炉内部的 励磁线圈
电磁炉的工作原理
高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生 无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食物。
第三十三页，共61页。
大直径电涡流探雷器
第三十四页，共61页。
电涡流式传感器
(1) 电涡流效应
☎ 变压器传感器本身是其互感系数可变的变压器。这种传感 器的二次线圈是两个，接线方式又是差动的，故常称 之为差动变压器式传感器。
第二十页，共61页。
1. 测量原理
互感式传感器
衔铁
L21
L1
L22
☎ 差动变压器式传感器工作原理
☻ 由一个主线圈（一次线圈）和两 个次级线圈（二次线圈）构成， 两个次级线圈差动连接。当一次 线圈接入激励电压后，二次线圈 将产生感应电压。当互感变化时 ，输出差动电压的幅值和相位发 生变化 。
e12
M12
di dt
••
•
•
U E21 E22 j( M1 M2 )I
其中M为互感系数。
第二十一页，共61页。
差动变压器传感器的结构类型
电感式传感器基本原理
电感式传感器基本原理一、引言电感式传感器是一种基于电磁感应原理的传感器，可用于测量物理量如位移、压力、力等。
本文将介绍电感式传感器的基本原理。
二、电磁感应原理电磁感应是指当导体中存在相对运动的磁场时，会在导体中产生电动势。
这个现象是由英国物理学家迈克尔·法拉第在1831年首次发现的。
三、电感电感是指导体中存在变化的磁场时，在导体内部产生的自感现象。
它可以用下面的公式来表示：L = NΦ / I其中，L表示电感，N表示线圈匝数，Φ表示穿过线圈的磁通量，I表示通过线圈的电流。
四、电感式传感器基本结构一个典型的电感式传感器由一个可动铁芯和一个固定线圈组成。
当铁芯移动时，它会改变线圈中穿过它的磁通量，从而改变线圈中的自感。
这个变化可以通过测量线圈中产生的电压来确定铁芯位置或者其他物理量。
五、应用实例：位移传感器一个常见的应用实例就是位移传感器。
在这种情况下，传感器的可动铁芯与被测物体相连。
当被测物体移动时，铁芯也会移动，从而改变线圈中的自感。
这个变化可以通过测量线圈中产生的电压来确定被测物体的位置。
六、优缺点电感式传感器具有以下优点：1. 灵敏度高；2. 响应速度快；3. 可以在宽范围内工作。
但是它也有一些缺点：1. 由于需要一个可动部分，所以它比其他类型的传感器更容易损坏；2. 它对外部磁场比较敏感，可能会受到干扰。
七、总结本文介绍了电磁感应原理、电感、电感式传感器基本结构以及应用实例和优缺点。
通过了解这些知识，我们可以更好地理解和使用电感式传感器。
04电感式传感器
三、电感式传感器的应用
2.力和压力测量
图2-41是差动变压器式力传感器。当力作用于传感器时，弹 性元件产生变形，从而导致衔铁相对线圈移动。线圈电感的 变化通过测最电路转换为输出电压，其大小反映了受力的大 小。
三、电感式传感器的应用
2.力和压力测量
差动变压器与膜片、膜盒和弹簧管等相结合，可以组成压力 传感器。图2-42是微压力传感器结构示意图。在无压力作用 时，膜盒在初始状态，与膜盒连接的衔铁位于差动变压器线 圈的中心。当压力输入膜盒后，膜盒的自由端产生位移并带 动衔铁移动，差动变压器产生一正比于压力的输出电压
二、差动变压器式传感器
1.工作原理
零点残余电动势的存在，使得传感器的输出特性在零点附近 不灵敏，给测量带来误差，此值的大小是衡量差动变压器性 能好坏的重要指标
二、差动变压器式传感器
1.工作原理
为了减小零点残余电动势可采取以下方法： ①尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数和磁路的对称。 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。 ②选用合适的测量电路，如采用相敏整流电路，既可判别衔 铁移动方向又可改善输出特性，减小零点残余电动势。
它的主要缺点是响应较慢，不宜于快速动态测量，而且传 感器的分辨率与测量范围有关，测量范嗣大．分辨率低：反之 则高。
第三节、电感式传感器
电感式传感器种类很多，一般分为自感式和互感式两大类。 人们习惯上讲电感式传感器通常指自感式传感器，而互感式传 感器由于是利用变压器原理，又往往做成差动式，故常称为差 动变压器式传感器。因为电涡流也是一种电磁感应现象，所以 也将电涡流传感器列入本节。
三、电感式传感器的应用
3.振动和加速度的测量
图2-43为测量振动与加速度的电感传感器结构图，衔铁受振 动和加速度的作用，使弹簧受力变形，与弹簧连接的衔铁的 位移大小反映了振动的幅度和频率以及加速度的大小电压
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工作原理：电感式传感器由三大部分组成：振荡器、开关电路以及放大输出电路。
振荡器产生一个交变磁场。
当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致金属震荡器衰减，以至停振。
振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。
由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。
这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。
当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。
电感式传感器的特点是:①无活动触点、可靠度高、寿命长;②分辨率高;③灵敏度高;④线性度高、重复性好;⑤测量范围宽(测量范围大时分辨率低);⑥无输入时有零位输出电压，引起测量误差;⑦对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高;⑧不适用于高频动态测量。
电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量(如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等)的测量。
常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。
在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。
变间隙型电感传感器这种传感器的气隙δ随被测量的变化而改变,从而改变磁阻(图1)。
它的灵敏度和非线性都随气隙的增大而减小，因此常常要考虑两者兼顾。
δ一般取在0.1~0.5毫米之间。
变面积型电感传感器这种传感器的铁芯和衔铁之间的相对覆盖面积(即磁通截面)随被测量的变化而改变,从而改变磁阻(图2)。
它的灵敏度为常数，线性度也很好。
螺管插铁型电感传感器它由螺管线圈和与被测物体相连的柱型衔铁构成。
其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化。
衔铁随被测物体移动时改变了线圈的电感量。
这种传感器的量程大，灵敏度低，结构简单，便于制作。
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。
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电感式传感器
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测试技术与信号处理
高频反射式电涡流传感器测量电路 根据电涡流效应原理和等效电路,电涡流传感器 输出的测量电路有以下两种形式。 •阻抗分压式调幅电路 •调频电路
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•调频电路
金属板与传感 器之间的距离
D
f
主要优点： 1）结构简单、工作可靠；
2）灵敏度高，能分辨0.01μm的位移变化；
3）测量精度高、零点稳定、输出功率较大；
4）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： 1）灵敏度、线性度和测量范围相互制约； 2）自身频率响应低，不适用于快速动态测量。
电感式传感器
电感式传感器
可变磁阻式传感器的典型结构
N 0 A0 L= 2
2
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测试技术与信号处理
用于电感测微计， 常用测量范围为 0~300m，最小分 变间隙型 变面积型 辨力为0.5m，接 双螺旋管线圈型 单螺旋管线圈型 在交流电桥的相邻 可变导磁面积型 两桥臂。 当铁心在线圈中运动时，改变磁阻，使线圈自感发 生变化。这种传感器结构简单、制造容易，但灵敏 度低，适用于较大位移（数毫米）测量。
2 Rm 0 A0
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测试技术与信号处理
自感型可变磁阻式传感器 的自感 L
变间隙型
N 2 0 A0 L= 2
传感器灵敏度：
N 0 A0 dL L S= = = 2 d 2
2
S与气隙长度的平方成反比， 愈小， S愈高； 同时 存在非线性误差。为减小此误差，通常规定在较小间 隙变化范围内使用，一般取 D / 0≤0.1。这种传感器 适用于较小位移（0.001~1mm）的测量。
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电涡流传感器产品
电感式传感器
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案例：连续输油管的椭圆度测量
Eddy Sensor
Reference Circle
Coiled Tube
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案例：无损探伤
火车轮检测
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差动相敏测量电路原理
上图是一种用于小位移测量的差动相敏检波电路 工作原理图。在没有输入信号时，让铁心处于中间位 置，调节电阻 R，使零点残余电压减小；当有输入信 号时，铁心移上或移下，其输出电压经交流放大、相 敏检波、滤波后得到直流输出，由表头指示输入位移 量大小和方向。
使用方便、不受油污等介质的影响等优点。因此，近
年来涡流式位移和振动测量仪、测厚仪和无损检测探 伤仪等在机械、冶金等部门中日益得到广泛应用，在 径向振摆、回转轴运动误差、转速和厚度测量，以及 在零件计数、表面裂纹和缺陷测量中都有应用，如图
所示。
电感式传感器
电涡流传感器应用实例
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测试技术与信号处理
• 应用：厚度，角度，表面粗糙度；拉伸，压缩， 垂直度；压力，流量，液位；张力，重力， 负荷量；扭矩，应力，动力；气压，温度； 振动，速度，加速度，等。
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差动变压器位移传感器
电感式传感器
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案例：板的厚度测量
案例：张力测量
原理：裂纹检测，缺陷造成 涡流变化。
油管检测
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2.互感型—差动变压器式电感传感器 工作原理:互感现象
如图所示 →
当线圈W1 输入
交流电流 i1时，
线圈W2 产生感应电势 e12 ，其大小与电流变化率 i1 成正比，即
di1 e12 = M dt
M－比例系数，称为互感（H）
差动型
dL N 2 0 S dA0 2 0
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电感式接近传感器（金属）
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（2）涡流式 原理:涡电流效应 涡电流：金属块放在变化 的磁场中，穿过金属块的 磁通量发生变化时，金属 块内部就会产生感应电流， 该电流在金属块内部形成 闭合回路，就像旋涡一样， 故称为涡电流。 涡流式传感器是利用涡电流效应进行工作的。由 于结构简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油污等介 质的影响，并能进行非接触测量，适用范围广。
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分析表明，影响高频线圈阻抗 Z 的因素，除了 线圈与金属板间距离 以外，还有金属板的电阻率 r ，磁导率 以及线圈激磁圆频率 w 等。当改变其 中某一因素时，即可达到不同的变换目的。例如， 变化 ，可作为位移、振动测量；变化 r 或 值， 可作为材质鉴别或探伤等。
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• 线圈电感L 由电工学可知，匝数为N 的线圈 电感为 2
L= N Rm
式中 Rm— 磁路总磁阻 如果空气气隙 较小，且不考虑 磁路的铁损，则总磁阻Rm l 2 Rm = A 0 A0 因为铁心磁阻与空气气隙的磁阻 相比较很小，计算时可以忽略不计， 则上式可简化为
L DL
1 2π ( L电感式传感器
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②低频透射式电涡流传感器
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电涡流传感器可用于动态非接触测量，测量范围视传
感器结构、线圈匝数和励磁频率而定，一般从±(1~10)
mm，最高分辨力可达0.1μm 。此外，具有结构简单、
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• 线圈电感L 由电工学可知，匝数为N 的线圈 电感为 2
L= N Rm
式中 Rm— 磁路总磁阻 如果空气气隙 较小，且不考虑 磁路的铁损，则总磁阻Rm l 2 Rm = A 0 A0
式中 l —铁心导磁长度； —铁心导磁率；A —铁心导磁截面积 —气隙长度； 0 —空气导磁率；A0 —空气气隙导磁截面积
~
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互感型—差动变压器
W1
铁 心
W W2
Ew
铁 心
e1
e0
x
e2
输出电压：
e0 =e1 e2
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差动变压器的输出电压是 交流量，其幅值与铁心位移成 正比，输出值如用交流电表指 示，只能反映铁心位移的大小， 不反映移动的方向性。其次， 交流电压输出存在一定的零点 残余电压。它是由于两个二次 侧线圈结构不对称，以及一次 侧线圈铜损电阻、铁磁质材料不均匀、线圈间分布电 容等原因形成。所以，即使铁心处于中间位置时，输 出也不为零。为此，差动变压器式传感器的后接电路 形式，需要采用既能反映铁心位移方向性，又能补偿 零点残余电压的差动直流输出电路。
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1.自感型
（1）可变磁阻式 结构原理如右图所示 当衔铁随被测量 x 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；通过 测量电路转换成与位移成 比例的电量，实现了非电 量到电量的变换。
x
1—线圈 3—衔铁
2—铁心
电感式传感器
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通常把电涡流传感器按激磁电源频率高低分为两 大类：高频反射式电涡流传感器和低频透射式电涡流 传感器，前者用于非接触式位移变量的检测，后者仅 用于金属板厚度的测量。 根据楞次定律，涡电流 ① 高频反射式 的交变磁场 F1 与线圈的磁 原理图 场 F 变化方向相反，F1 总 是抵抗 F 的变化。由于涡 流磁场对导磁材料的作用以 及气隙对磁路的影响，便原 线圈的等效阻抗 Z 发生变 化，变化程度与距离 有 关。
第三章 常用传感器与敏感元件
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三、电感式传感器
电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把 被测量（如位移、力、流量、振动）转化为电感 量的一种装置。
分类:
自感型
可变磁阻式 涡流式
电感式传感器 互感型
电感式传感器
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•电感式传感器特点
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• 差动变压器式电感传感器具有精确度高 (最高分辨 力可达0.1m)、线性范围大 (可扩展到100mm)、 稳定性好和使用方便的特点，被广泛用于直线位移 测定。但其实际测量频率上限受到传感器机械结构 的限制。
•借助于弹性元件可以将压力、重量等物理量转换为 位移的变化，故也将这类传感器用于压力、重量等 物理量的测量。