电感式传感器
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
和Z2=Z—△Z，当ZL→∞时，电桥的输出电压为
.
.
U0
Z1
.
U
R1
.
U
Z1 2R
R(Z1
Z
2
)
.
U
U
Z（4-1-6）
Z1 Z2 R1 R2
(Z1 Z2 ) 2R
2Z
当ωL＞＞R’时，上式可近似为：
.
.
U0
U
L
2L
（4-1-7）
由上式可以看出：交流电桥的输出电压与传感器线圈电感的相对变化量是成正比的。
图4.2.2 差动变压器的等效电路
1-一次绕组 2、3 二次绕组 4-衔铁
.
由图4.2.2可以看出一次绕组的电流为：
.
I1
U1
R1 jL1
二次绕组的感应动势为：
.
E 21
jM1
.
I1
.
；E 22
jM 2
.
I1
.
由于二次绕组反向串接，所以输出总电动势为：
.
E2
j(M1
M2)
R1
U1 jL1
· E0
0
x
为了减小零点残余电动势可采取以下方法：
图4.2.3 差动变压器输出特性
I. 尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数玫磁路的对称。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。
电感式传感器
电感式传感器
电感式传感器是一种利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种传感器装置，常用来测量位移、振动、力、应变、流量、加速度等物理量。
电感式传感器是基于电磁感应原理来进行测量的。
电感式传感器的分类
自感型——变磁阻式传感器
互感型——差动变压器式传感器
涡流式传感器——自感型和互感型都有
高频反射式——自感型
低频透射式——互感型
电感式传感器的优缺点
灵敏度高，分辨力高，位移：0.1mm ；
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、抗干扰能力强、对工作环境要求不高、寿命长能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制等。
缺点：存在交流零位信号，不适于高频动态信号测量。
电感式传感器的应用
具有结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等突出的优点，特别适合用于酸类，碱类，氯化物，有机溶剂，液态CO2，氨水，PVC粉料，灰料，油水界面等液位测量，目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、粮食等行业中应用广泛。
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
什么是电感式传感器？电感式传感器的工作原理介绍
什么是电感式传感器？电感式传感器的工作原理介绍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。
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：1、变磁阻式传感器当一个线圈中电流i变化时，该电流产生的磁通Φ也随之变化，因而在线圈本身产生感应电势e，这种现象称之为自感。
产生的感应电势称为自感电势。
变磁阻式传感器的结构如图1所示。
它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。
铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，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。
特点：变磁阻式传感器具有很高的灵敏度，这样对待测信号的放大倍数要求低。
但是受气隙δ宽度的影响，该类传感器的测量范围很小。
2、差动变压器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。
由于常采用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交流量，如用交流电压表指示，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，交流电压输出存在一定的零点残余电压，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用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。
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较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等。
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。
第三章 电感式传感器
所以
a L L' L0 L0 a
L L0 1 K0 a a
其灵敏度系数K0为
但是，由于漏感等原因，变面积式自感传感器在A=0时，仍 有一定的电感，所以其线性区较小，为了提高灵敏度，常将 δ做得很小。这种类型的传感器由于结构的限制，它的量程 也不大，在工业中用得不多。
3 螺管型自感传感器
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和一根圆柱形铁 芯。传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管 线圈自感值的变化。当用恒流源激励时，则线圈的输出电压与铁 芯的位移量有关。
螺旋管
l r 铁心 x
单线圈螺管型传感器结构图
铁芯在开始插入（x=0）或几乎离开线圈时的灵敏度， 比铁芯插入线圈的1/2长度时的灵敏度小得多。这说明 只有在线圈中段才有可能获得较高的灵敏度，并且有 较好的线性特性。
U SC
Z1 Z2 Z1 Z 2 E E L1 L2 （Z1 Z2） 2 （Z1 Z2） 2
δ δ δ 2 δ 3 L1 L0 [1 ( )( ) ( ) ] δ0 δ0 δ0 δ0
L2 L0 δ δ δ 2 δ 3 [1 ( )( ) ( ) ] δ0 δ0 δ0 δ0
R
L L1 L2 2 L0 [1 0 0
L 2 L0 0
2
]
4
L L0 2 K0 0
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。
第三章 电感式传感器
电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非 电量如位移、压力、振动、流量等转换成线圈自 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的传感器。
第四章电感式传感器
e2 K1x 1 K2 x2
所以，非线性误差： K2 x2
，
灵敏度系数：
K2
x0
x0
1 2d
b
K1
16
3 fN1N2 b 2d x0 107 mlA ln r0 / r1
x0
e1
R12 L1 2
差动变压器的灵敏度： 差动变压器在单位电压的激励下，铁芯移动一单 位距离时的输出电压，单位为V/mm，一般其值大 于50mV/mm。
当电感线圈的品质因数 Q L
r
很高时，U0
U L 2L
；
当电感线圈的品质因数 Q L
r
很低时，U0
U 2
r r
。
变压器电桥
初始平衡时, 双臂工作时, 可得:
U0
Z2 Z1 Z2
U
U 2
UZ2 Z1
2 Z1 Z2
Z1 Z2 Z
U0 0
Z1 Z Z, Z2 Z Z
U0
U 2
1
l
1 / l
r
l l
1
l
1 / l
r
2
所以，灵敏度为： 非线性误差为：
K L L 1
l l 1 l / l r
l l
1
l
1 / l
r
若采用差动形式：
灵敏度为：
K L 2 L
1
l l 1 l / l r
非线性误差为：
(l
1
)2
l 1 l / l r
所以，差动形式的灵敏度提高一倍，非线性误差有 很大降低。
Z
[R1
2M 2 R22 (L2 )2
R2 ]
电感式传感器知识点总结
电感式传感器知识点总结一、工作原理电感式传感器的工作原理基于电感的变化。
当一个金属线圈（或线圈系列）受到外部磁场作用时，其自感系数会发生变化，从而导致线圈中感应出感应电动势。
通过测量感应电动势的大小，即可实现对外部磁场的检测。
当测量目标物体靠近线圈时，会影响线圈中的磁感应强度，从而改变线圈的自感系数，进而产生感应电动势的变化，通过测量这个变化来确定物体的位置、距离等信息。
二、结构和类型电感式传感器的结构一般由金属线圈、信号处理电路和外壳组成。
根据用途和传感原理的不同，电感式传感器可以分为许多不同的类型，如接近开关、接近传感器、非接触位移传感器、金属检测传感器等。
其中，接近开关主要用于检测金属物体的接近与开关动作；接近传感器主要用于检测金属物体的接近与开关量输出；非接触位移传感器主要用于测量目标物体的位移、距离、速度等信息；金属检测传感器主要用于检测金属物体的存在。
三、应用领域电感式传感器广泛应用于工业自动化领域，如生产线上对零部件的检测、位置的控制等；汽车电子领域，如车辆的空调压力传感、发动机转速测量等；航空航天领域，如飞机的起落架位置控制、发动机工作状态监测等；医疗器械领域，如心脏起搏器的位置监测、血压计的测量等。
四、优缺点电感式传感器具有许多优点，如结构简单、耐高温、寿命长、不受污染等，但也存在一些缺点，如受外部磁场影响、线圈寿命受限、精度受限等。
因此在实际应用中需要根据具体情况选择适合的传感器类型。
电感式传感器作为一种重要的传感器类型，在工业控制和自动化领域具有重要的应用价值。
随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，电感式传感器将会得到更广泛的应用，并且在性能和精度上得到进一步提高。
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
农业应用：在农业生产中，利用电感式传感器可以监测农作物的生长状况，例如土壤 湿度、化肥浓度等，为农民提供更加科学的种植建议 医疗领域：在医疗领域，电感式传感器可以用于监测病房内的空气质量，以及手术室 内的烟雾和气体的排放情况，从而提高医疗安全和质量
结论
应急救援
在灾难救援现场，电感式传 感器可以用于检测空气中的 有害物质，为救援人员提供 安全保障，同时为灾后环境
的评估提供科学依据
结论
综上所述，基于电感式传感器的烟雾探测器具有广泛的 应用前景，不仅在消防安全领域发挥着重要作用，还涉
及到环保、农业、医疗等多个领域
随着技术的不断进步和应用需求的不断扩大，电感式传 感器将会得到进一步的改进和完善，为人类的生产和生
20xx
电感式传感器
-
01
引言02 工作原理源自03 系统组成04
优点
05
应用
06
结论
1
引言
引言
在预防火灾和保障人类 生命财产安全的过程中 ，火灾探测器的角色日 益凸显
其中，电感式传感器以 其非接触、高灵敏度、 高可靠性的特点，被广 泛应用于各种烟雾探测 器中
本文将详细介绍基于电 感式传感器的烟雾探测 器的工作原理、系统组 成、优点及其在现实生 活中的应用
活提供更加优质的服务
-
恳请各位导师批评指正
感谢您的聆听
汇报人：XXXX
指导老师：XXX
5
应用
应用
1
基于电感式传感器的烟雾探测器广泛 应用于各种场所，如家庭、办公室、
第2-3章 电感式传感器
W2b 的互感Mb 相等，致使两个次级绕组的互感电势相等，即
e2a=e2b 。由于次级绕组反相串联，因此，差动变压器输出电压 . Uo=e2a-e2b=0。 当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁的位置将发生相 应 的 变 化 ， 使 δa≠δb ， 互 感 Ma≠Mb ， 两 次 级 绕 组 的 互 感 电 势 . e2a≠e2b，输出电压Uo=e2a-e2b≠0，即差动变压器有电压输出， 此 电压的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。
则式（2-3-3）可写为
（2-3-4）
2 Rm 0 A0
（2-3-5）
联立式（2-3-1）、 式（2-3-2）及式（2-3-5）， 可得
W 2 W 2 0 A0 L Rm 2
（2-3-6）
W 2 W 2 0 A0 L Rm 2
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，改变δ或A0 均可导致电感变化，
1
差动变隙式电感传感器
衔铁上移Δδ：两个线圈的电感变化量ΔL1 、ΔL2 分别由
式（2-3-10）及式（2-3-12）表示， 差动传感器电感的
总变化量ΔL=ΔL1+ΔL2, 具体表达式为
L L1 L2 2 L0 1 0 0
对上式进行线性处理, 即忽略高次项得
当衔铁下移时：
U0 U
0
2. 变压器式交流电桥
C ＋ U 2 － ＋ U －2 D
U
Z1 ＋ U － A
Z2
o
B
变压器式交流电桥
电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流
变压器次级线圈的1/2阻抗。 当负载阻抗为无穷大时， 桥
电感式传感器
工作原理：利用磁阻效应通过改变磁阻值来检测磁场变化
特点：灵敏度高响应速度快抗干扰能力强
发展趋势：随着技术的不断进步变磁阻式传感器的性能和稳定性将不断提高应用领域也将不断扩大。
差分变压器式传感器
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
特点：灵敏度高线性度好抗干扰能力强
工作原理：利用两个线圈之间的互感变化来检测位移
测量电路的组成
信号处理：将传感器信号转换为可读的电信号
显示设备：将处理后的信号显示给用户如LED显示屏、LCD显示屏等
电感式传感器：通过感应磁场变化来测量物体位置或速度的传感器
测量电路：用于接收和处理传感器信号的电路
电感式传感器的类型
变磁阻式传感器
应用领域：广泛应用于汽车电子、工业自动化、医疗设备等领域
使用注意事项与安全防范措施
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
避免在潮湿、高温、腐蚀性环境中使用传感器
定期检查传感器的接线是否牢固避免松动或脱落
定期校准传感器确保其精度和稳定性
遵守操作规程避免误操作导致传感器损坏或人身伤害
感谢您的观看
汇报人：
测量力和扭矩
电感式传感器可以测量力和扭矩
电感式传感器在汽车工业中的应用
电感式传感器在机械制造中的应用
电感式传感器在航空航天中的应用
在机器人和自动化系统中的应用
自动化生产线：通过检测物体位置实现自动化生产线的精确控制
机器人导航：通过检测磁场变化实现机器人的自主导航
机器人抓取：通过检测物体磁场实现机器人的精确抓取
定期清洁传感器表面避免灰尘和污垢影响测量精度
定期检查传感器的电源和接地情况确保正常工作
第3章 电感式传感器
应用示例
图3.11为测气体压力的传感器原理图。
附图1
图3.12为压差传感器的原理结构示意图。
3 4
附图1为位移传感器的外形图。
2 6 7 p
5
附图2为压力传感器的原理图。
1
附图2
1-弹簧管 2-螺钉 3、7-铁芯 4、6-线圈 5-衔铁
第3 章 电感式传感器
电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互
感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来
实现测量的。因此根据转换原理，电感式传感器可以分为 自感式和互感式两大类。
电感式传感器
自感型
闭磁路型 开磁路型 差动变压器
互感型
涡流式
本章内容：
3.1 自感式传感 器互感式传感器 3.2
IW Rm
I----线圈中流过的电流；
φ----穿过线圈的磁通，其值为：
(3.2)
其中磁路磁阻Rm按下式计算：
li 2l0 Rm 0 S0 i 1 i S i
n
(3.3)
式中：
l i、S i 、 µ i ----分别为铁芯和衔铁磁路上第 i 段的长度、截面积
及磁导率；
l 0、S 0 、 µ 0 ----分别为磁路上空气隙的长度、等效截面积及空气
2 4 3
骨架；4是匝数为W1 的初级绕组；5是
匝数为W2a的次级绕组；6是匝数为W2b 的次级绕组。
6
图 3.13 螺线管式互感传感器结构图
工作原理：
互感传感器中两个次级线圈反向串接，其等效电路如图所示。 当初级绕组加以激励电压时，在 两个次级绕组中便会产生感应电动势 E2a和E2b。当活动衔铁处于中心位置 时，两互感系数M1=M2。因两个次级
第3章 电感式传感器-11.26
传 感 器 技 术 • 及 应 用 • 第 3 章 电 感 式 传 感 器
当传感器的衔铁处于中间位置，即 Z1=Z2=Z时，有U0=0，电桥平衡。 当传感器衔铁上移时，即Z1=Z+Δ Z， Z2=Z−Δ Z，此时
Z U L U Uo Z 2 L 2
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
感 器
传 感 器 技 术 及 应 用
• 在实际使用中，常采用两个相同的传感器线圈
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
（b） （c） 图3-4 差动式电感传感器 （a）变气隙型；（b）变面积型；（c）螺管型 1—线圈；2—铁芯；3—衔铁；4—导杆 （a）
传 感 器 技 术 及 应 用 • 第 3 章
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
图3-7 滚柱直径自动分选装置图 1—气缸 2—活塞 3—推杆 4—被测滚柱 5—落料管 6—电感测微器 7—钨钢测头 8—限位挡板 9—电磁翻板 10—容器（料斗）
传 感 电感式滚柱直径分选装置（外形） 器 技 （参考中原量仪股份有限公司资料） 术 及 滑道 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
线圈中电感量为:
W L I I
• 式中：ψ ——线圈总磁链；I ——通过线圈 的电流；W——线圈的匝数； ——穿过线圈 电 的磁通。 感
式 传 感 器
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
IW Rm
l1 l2 2 Rm 1S1 2 S2 0 S0
分选仓位
轴承滚子外形
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
电感式传感器
电感L为：
LW2 Rm
气隙很小，能够以为气隙中旳磁场是均匀旳。若忽
视磁路磁损，则磁路总磁阻为
Rm
l1
1S1
l2
2S2
2 0S0
一般气隙磁阻远不小于铁芯和衔铁旳磁阻，即
2 0S0
l1
1S1
2 0S0
l2
2S2
所以
Rm
2 0S0
电感L为：
W2 L
W 20S0
Rm
2
上式表白：当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁路中 磁阻Rm旳函数，变化δ或S0均可造成电感变化，所以变
磁阻式传感器又可分为变气隙厚度δ旳传感器和变气隙
面积S0旳传感器。
二、输出特征
L与δ之间是非线性关系，特征曲线如图所示。
L
L W 2 W 20S0
Rm
2
L0＋L
L0 L0－L
o － ＋
变隙式电感传感器旳L-δ特征
分析： 当衔铁处于初始位置时，初始电感量为
L0
0S0W 2 0
2
当衔铁上移Δδ时，传感器气隙减小Δδ，即δ=δ0－Δδ，
次级绕组。两个初级绕组旳同名端顺向串联， 而两个次级绕组 旳同名端则反相串联。
当没有位移时，衔铁C处于初始平衡位置，它与两个铁芯旳
间隙有δa0=δb0=δ0，则绕组W1a和W2a间旳互感Ma与绕组W1b和W2b 旳互感Mb相等，致使两个次级绕组旳互感电势相等，即e2a=e2b。 因为次级绕组反相串联，所以，差动变压器输出电压Uo=e2ae.2b=0。
Ui
分析：当衔铁处于初始平衡位置时，因δa=δb=δ0， 则Uo=0。 但是假如被测体带动衔铁移动，例如向上移动Δδ，则有
第3章电感式传感器
第3章电感式传感器本章要点：电感式传感器的概念、原理、种类、特性及用途变磁阻式传感器的结构、原理及应用差动变压器式传感器的结构、原理及应用电涡流式传感器的结构、原理及应用概述电感式传感器(inductance type transducer)是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的转变，再由测量电路转换为电压或电流的转变量输出的一种传感器。
由铁心和线圈组成的将直线或角位移的转变转换为线圈电感量转变的传感器，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必然的，其电感量的转变是由于位移输入量致使线圈磁路的几何尺寸转变而引发的。
当把线圈接入测量电路并接通鼓励电源时，就可取得正比于位移输入量的电压或电流输出。
依照工作原理的不同，电感式传感器可分为变磁阻式传感器（variable reluctive transducer）、变压器式传感器(transformer type transducer )和电涡流式传感器(eddy current type transducer)等种类。
外形如彩图3、彩图3-1及彩图3-2所示。
电感式传感器有以下特点：工作靠得住，寿命长；灵敏度高，分辨率高(位移转变μm，角度转变’’)；测量精度高，线性好(非线性误差可达%%)；性能稳固，重复性好。
电感式传感器的要紧缺点是灵敏度、线性度和测量范围彼此制约,存在交流零位信号，传感器自身频率响应低，不适用于高频动态测量。
电感式传感器要紧用于位移测量和能够转换成位移转变的机械量（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。
这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和操纵，在工业自动操纵系统中被普遍采纳。
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。
带有模拟输出的电感式接近传感器是一种测量式操纵位置误差的电子信号发生器，其用途超级普遍。
第3章 电感式传感器
第3章 电感式传感器
Rm RF Rδ
l1 l 2 2 2 1S1 2 S2 0 S 0 S
ll —— 磁通通过铁芯的长度(m)； Sl —— 铁芯横截面积(m2)；
1 —— 铁芯材料的导磁率(H／m)
l2 —— 磁通通过衔铁的长度(m)；
S2 —— 衔铁横截面积(m2)；
1. 结构和工作原理 2. 输出特性
3. 测量电路
17
第3章 电感式传感器
1.结构和工作原理
变气隙厚度式差动结构
变面积式差动结构
螺管式差动结构
以变气隙厚度式差动电感传感器为例： 初始状态时，衔铁位于中间位臵，两边空隙相等。因此，两只电感线 圈的电感量相等，电桥输出为0，即电桥处于平衡状态。 当衔铁偏离中间位臵向上或向下移动时，造成两边气隙不一样，使两 只电感线圈的电感量一增一减（变化量相等），电桥不平衡。电桥输出电 压的大小与衔铁移动的大小成比例，其相位则与衔铁移动量的方向有关。 向下、向上移动同样位移，输出电压幅值相等相位相差180º 。因此，只要能 测量出输出电压的大小和相位，就可以决定衔铁位移的大小和方向。
灵敏度
L L0 KL x a
13
第3章 电感式传感器
五、螺管插铁型电感传感器
结构：一个螺管线圈内套入一个活动 的柱型衔铁，就构成了螺管型电感传感器。 （开磁路） 工作原理：螺管型电感传感器是基于 线圈激励的磁通路径因活动的柱型衔铁的 插入深度不同，其磁阻发生变化，从而使 线圈电感量产生了改变。在一定范围内， 线圈电感量与衔铁位移量（衔铁插入深度） 有对应关系。
2
3.2 差动变压器式传感器（互感）
第3章 电感式传感器
3.1 电感式传感器
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l1 S1
1 L
2 W
l2
S2
3
±
1—线 圈 ； 2—铁 芯 (定 铁 芯 )； 3—衔 铁 (动 铁 芯 )
图4 – 1 变磁阻式传感器
线圈中电感量可由下式确定：
L W
II
根据磁路欧姆定律：
IW
Rm
式中, Rm为磁路总磁阻。
（4-1） （4-2）
气隙很小，可以认为气隙中的磁场是均匀的。 若忽略磁 路磁损， 则磁路总磁阻为
1.
电感式传感器的线圈并非是纯电感，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C。
R
C
Z
L
图4-4 电感式传感器的等效电路
等效线圈阻抗为
Z
(R R
jL)
j
C
jL j
C
(4-16)
将上式有理化并应用品质因数Q=ωL/R，可得
Z
R
(1 2LC)2
2LC Q
2
jL1
2
LC
2LC
Q2
(1
2LC)2
2LC
Q
2
(4-17)
当Q>>ω2LC且ω2LC<<1
Z R jL
2.
把传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂Z1和Z2，另外两 个相邻的桥臂用纯电阻R代替。设Z1=Z+ΔZ1, Z2=Z－ΔZ2，Z 是衔铁在中间位置时单个线圈的复阻抗， ΔZ1, ΔZ2分别是 衔铁偏离中心位置时两线圈阻抗的变化量。对于高Q值的 差动式电感传感器， 有ΔZ1+ΔZ2≈jω(ΔL1+ΔL2)， 则电桥输
与
K0
衔铁上移
L
切线斜率变大
L0＋L
L
K0
L0
1 0
1
0
0
2
衔铁下移
L0 L0－L
切线斜率变小
L
o
－ K0L0
10＋1－
0
0
2
－
与线性度
衔铁上移：
2
3
L L0
非线性部分
0
0
衔铁下移：
2
3
L L0
非线性部分
目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器。
4.1.2 L与δ之间是非线性关系， 特性曲线如图4-2所示。
L W 2 W 20S0
L
Rm
2
L0＋L
L0 L0－L
o － ＋
图4-2 变隙式电压传感器的L-δ特性
分析：
当衔铁处于初始位置时，
L0
0S0W 2 2 0
（4-7）
当衔铁上移Δδ时，传感器气隙减小Δδ，即δ=δ0－Δδ， 则此 时输出电感为
L
L1
L2
2L0
0
1
0
2
0
4
对上式进行线性处理, 即忽略高次项得
（4-21）
L 2
L0
0
（4-22）
灵敏度K0为
L
K0
L0
2
0
比较单线圈式和差动式：
（4-23）
① 差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。
3
② 差动式的非线性项(忽略高次项)： L / L0
Rm
l1
1S1
l2
2S2
2 0S0
（4-3）
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即
则式（4-3）可写为
2 0S0
l1
1S1
2 0S0
l2
2S2
Rm
2 0S0
（4-4） （4-5）
联立式（4-1）、 式（4-2）及式（4-5）， 可得
L W 2 W 20S0
Rm
2
（4-6）
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，改变δ或S0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δ的传感器和变 气隙面积S0的传感器。
L
L0
L
W 20S0 2(0
)
L0
1
0
（4-8）
当Δδ/δ0<<1时（台劳级数）：
L
L0
L
L0
1
0
2
0
0
3
（4-9）
可求得电感增量ΔL和相对增量ΔL/L0的表达式，即
L
L0
0
1
0
0
2
L L0
0
பைடு நூலகம்
1
0
0
2
(4-10) (4-11)
同理，当衔铁随被测体的初始位置向下移动Δδ时，有
工作可靠、寿命长 灵敏度高，分辨力高 精度高、线性好 性能稳定、重复性好
4.1 变磁阻式传感器
4.1.1 工作原理
变磁阻式传感器由线圈、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。
L
L0
0
1
0
0
2
0
3
（4-12）
L L0
0
1
0
0
2
0
3
（4-13）
对式（4-11）、（4-13）作线性处理，即忽略高次项后，可得
L L0 0
（4-14）
灵敏度
L
K0
L0
1
0
（4-15）
可见：变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相 矛盾，因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。
单线圈的非线性项（忽略高次项)： L
/
L0
0
2
2
0
由于Δδ/δ0<<1，因此，差动式的线性度得到明显改善。
将
L
2L0
0
代入式（4-20）得
U 0 2 L0
0
电桥输出电压与Δδ成正比关系。
3.
变压器式交流电桥测量电路如图4-6所示，电桥两臂Z1、 Z2为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变压器次级线圈 的1/2阻抗。 当负载阻抗为无穷大时， 桥路输出电压
Uo
Z U＝ Z 2(Z1 Z2 ) 2Z
U (L1
L2 )
(4-20)
Z1
U
Z3＝R
Z2
Z4＝R
U o 图4-5 交流电桥测量电路
U0＝U
Z1 Z1＋Z2
－
R
R
R
衔铁上移Δδ：两个线圈的电感变化量ΔL1、ΔL2分别由式 （4-10）及式（4-12）表示， 差动传感器电感的总变化
量ΔL=ΔL1+ΔL2, 具体表达式为
第4章 电感式传感器
4.1 变磁阻式传感器 4.2 差动变压器式传感器 4.3 电涡流式传感器
电感式传感器的工作基础：电磁感应
即利用线圈电感或互感的改变来实现非 电量测量
被测物理量 （非电量：位移、 电磁感应
振动、压力、
流量、比重）
线圈自感系数L/ 互感系数M
电感/互感
电压或电流 （电信号）
分为变磁阻式、变压器式、涡流式等 特点：
－
0
0
－
无论上移或下移，非线性都将增大。
为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变 隙式电感传感器。
1
2
3
1
L1
Ro
U s
U o
1—铁 芯 ；
Ro
2—线 圈 ；
L2
3—衔 铁
2
图4-3 差动变隙式电感传感器
4.1.3 测量电路
电感式传感器的测量电路有交流电桥式、 变压器式交 流电桥以及谐振式等。