电感式传感器
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
• 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
汇报人：XX
• 电感式传感器概述 • 电感式传感器结构与设计 • 电感式传感器性能参数 • 电感式传感器测量电路 • 电感式传感器应用实例 • 电感式传感器发展趋势与挑战
01
电感式传感器概述
定义与工作原理
定义
电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量转换 成线圈自感系数或互感系数的变化，再由测量电路转 换为电压或电流的变化量输出的装置，用来检测位移 、压力、振动、应变、流量等参数。
铁粉芯磁芯具有较低的磁导率 和较高的饱和磁感应强度，适
用于大电流和低频电路。
硅钢片
硅钢片磁芯具有较低的磁滞损 耗和涡流损耗，适用于高精度
测量和控制系统。
非晶合金
非晶合金磁芯具有优异的磁性 能和机械性能，适用于高性能
传感器和电力电子器件。
03
电感式传感器性能参数
灵敏度与分辨率
灵敏度
电感式传感器的灵敏度是指其输出信 号与被测量变化之间的比值。高灵敏 度意味着传感器能够检测到微小的被 测量变化，并产生相应的输出信号。
压力测量应用
液压系统压力监测
在液压系统中，电感式传感器可 测量油液的压力变化，确保系统
的正常运行和安全性。
气动系统压力检测
电感式传感器可用于气动系统中， 检测气体压力的变化，为系统的稳 定性和效率提供保障。
工业过程压力监控
在化工、石油等工业过程中，电感 式传感器可实时监测管道或容器内 的压力变化，确保生产安全。
06
电感式传感器发展趋势与挑战
微型化与集成化发展趋势
微型化设计
随着微电子技术和微纳加工技术 的发展，电感式传感器的体积不 断缩小，实现微型化，有利于其 在狭小空间和复杂环境中的应用
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。
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》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。
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。
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。
电感式传感器原理及特性
电感式传感器原理及特性电感式传感器是一种将被测量的物理量转换成电感变化的传感器。
它利用电感的变化与被测量的物理量之间的关系，实现对物理量的测量。
电感式传感器具有很多优点，如灵敏度高、响应速度快、结构简单等。
下面将详细介绍电感式传感器的原理和特性。
电感式传感器的原理是利用物理量的变化引起线圈中的电感值发生变化，从而实现对物理量的测量。
其工作原理基于法拉第电磁感应定律，即当磁通量通过线圈时，线圈两端产生感应电动势，进而产生感应电流。
物理量的变化会引起线圈周围磁场的变化，从而改变线圈中的电感值。
通过测量线圈电感的变化，就可以得到物理量的信息。
1.灵敏度：电感式传感器的灵敏度是指传感器输出信号相对于被测量物理量变化的比例。
灵敏度高的传感器能够更准确地测量小的物理量变化。
一般情况下，灵敏度可通过改变线圈的匝数、截面积和磁芯的材料来调节。
2.线性度：线性度是指传感器输出与被测量物理量之间的线性关系程度。
一个理想的传感器应该具有良好的线性度，即输出信号与被测量物理量之间呈线性关系。
线性度不好的传感器会引起测量误差。
3.频率响应：频率响应是指传感器对不同频率信号的响应能力。
传感器的频率响应范围取决于线圈和磁芯的特性。
一般情况下，传感器的频率响应范围应与被测量物理量的频率范围相匹配。
4.温度特性：温度特性是指传感器输出信号与环境温度变化之间的关系。
温度对线圈电感和磁芯磁性能都有影响，因此会引起传感器输出的漂移。
为了减小温度对传感器的影响，可以采用温度补偿技术。
此外，电感式传感器还具有结构简单、体积小、重量轻、响应速度快、抗干扰能力强等优点。
它可以应用于很多领域，如工业自动化、汽车电子、医疗设备等。
在工业自动化领域，电感式传感器可用于测量液位、位移、速度、加速度等物理量。
在汽车电子领域，电感式传感器可用于发动机控制、刹车系统、悬挂系统等。
在医疗设备领域，电感式传感器可用于心电图仪、血压计、磁共振成像等。
总之，电感式传感器是一种应用广泛的传感器，其原理是利用物理量的变化引起线圈中的电感值发生变化，从而实现对物理量的测量。
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、
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
传感器详解—电感式传感器
传感器详解—电感式传感器今天的主角是电感式传感器。
电感式传感器原理是利用线圈的自感或者互感系数变化来实现非电量检测的一种装置，看这句话可能会有些懵逼，别急，看不懂先跳过。
电感式传感器能对位移、压力、振动、应变、流量等参数进行测量。
跟其他类型传感器相比：优点是结构简单，灵敏度高，输出功率大，输出阻抗小，抗干扰能力强，测量精度高；缺点是响应比较慢，不适宜快速动态测量。
分辨率与测量范围有关，范围越大、分辨率越低。
电感式传感器又分好几种，这里主要介绍变磁阻式传感器、差动变压器式传感器和电涡流式传感器。
1. 变磁阻式传感器：变磁阻式传感器核心结构如图：线圈、铁芯和衔铁。
铁芯和衔铁之间有一层气隙，线圈和铁芯固定不动，衔铁跟导杆一起连接在被测件上。
在测量时，衔铁跟随被测件移动时，气隙厚度发生变化，随之磁路中的磁阻发生变化，最终导致电感线圈中的电感值发生变化。
略过推导过程，看最终的公式的话：最终公式L=W²/R=W²μS/2ρ L：线圈电感 W：线圈匝数μ：空气导磁率 R：总磁阻 S：气隙的截面积ρ：气隙厚度从公式里看到，最终的参数中，W（线圈匝数）和μ（空气导磁率）固定不变，线圈内的电感（L）也就只有和S（气隙的截面积）和ρ（气隙的厚度）有关，改变气隙截面积和厚度中的任意一项，电感都会发生变化。
因此根据修改不同的参数，变磁阻式传感器又分成变气隙型电感式传感器和变面积型电感式传感器，变气隙型使用最为广泛。
在实际应用中，经常是采用两个相同的传感器线圈共用一个衔铁，构成差动式电感传感器。
两个相同的线圈固定不动，衔铁置于两线圈间。
当衔铁跟随被测件上下移动时，两个线圈产生的磁回路中磁阻发生大小相等，但方向相反的变化，导致一个线圈电感量增加，另一个线圈电感量减少，形成差动形式。
（看下面动图更直观）使用差动式的电感传感可以改善线性，提高灵敏度。
同时对温度、电源频率等进行补偿，很大程度上减少了外界的干扰误差。
传感器知识第3章
0 忽略掉二次项以上的高次项，
L2 L0 0
1 时，同样展开成级数为
L2 L0 0 0
0
2
3
ΔL2与Δδ成线性关系。
由此可见，高次项是造成非线性的主要原因，且ΔL1 和ΔL2 是不相等的。 当Δδ/δ0 越小时，则高次项迅速减小，非线性得到改善。这说明了输出特性 和测量范围之间存在矛盾，所以，变气隙厚度式电感传感器用于测量微小位 移量是比较精确的（测量范围：0.001~1mm）。一般实际应用中，取 Δδ/δ0≤0.1。 忽略二次以上项后，传感器灵敏度为
ll——磁通通过铁芯的长度(m)；
Sl——铁芯横截面积(m2)； μ1——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)； μ2——衔铁材料的导磁率(H／m)
δ——气隙厚度(m)；S——气隙横截面积(m2)；
μ0——空气的导磁率(4π×10-7H／m)。 由于RF《Rδ，（μ1,μ2 》μ0 ），常常忽略RF ，因此，可得线圈电感为
第3章 电感式传感器
2. 输出特性
线圈 电感
气隙 电感
线圈
0 SW 2 L1 2 0
0 SW 2 L2 2 0
5
3 L L2 L1 2 L0 0 0 0
螺管插铁型电感传感器结构简单、便于制作、量程大，但灵敏度低。
第3章 电感式传感器
六、差动自感传感器
上述三种单一式的传感器，由于线圈电流的存在，它们的衔铁都受单 向电磁力作用，而且易受电源电压和频率的波动及温度变化等外界干扰的 影响，因此不适合精密测量。在不少场合，它们的非线性（即使是变面积 式传感器，由于磁通边缘效应，实际上也存在非线性）限制了使用。因此 绝大多数自感式传感器都采用差动式结构。 利用两只完全对称的单个电感传感器合用一个活动衔铁，这样可构成 差动式电感传感器。其结构特点是上、下两个磁体的几何尺寸、材料、电 气参数均完全一致。传感器的两只电感线圈接成交流电桥的相邻桥臂，另 外两只桥臂由电阻组成，它们构成四臂交流电桥，供桥电源为交流，桥路 输出为交流电压。
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。
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电感式传感器
电感式传感器 inductance type transducer 电感式传感器是利用电磁感应把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和互感系数的变化，再由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）灵敏度和分辨力高，能测出0.01微米的位移变化。
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达0.05%~0.1%。
同时，这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中广泛被采用。
但不足的是，它有频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。
下面分别介绍:自感式传感器、互感式传感器、电涡流式传感器
1、 自感式传感器。
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。
1、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。
2、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。
3、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。
二、互感式传感器（差动变压器）
一种广泛用于电子技术和非电量检测中的变压装置。
用于测量位移、压力、振动等非电量参量。
它既可用于静态测量，也可用于动态测量。
差动变压器的基本组成部分包括一个线框和一个铁心。
在线框上设置一个原绕组和两个对称的副绕组，铁心放在线框中央的圆柱形孔中。
在原绕组中施加交流电压时，两个副绕组中就会产生感应电动势e1和
e2。
如果两个副绕组按反向串联(图1),则它的总输出电压u2=u21
－u22≈e1－e2。
当铁心处在中央位置时，由于对称关系，e1=e2，输出电压u2为零。
如果铁心向右移动，则穿过副绕组 2的磁通将比穿过副绕组1的磁通多，于是感应电动势e2>e1，差动变压器输出电压u2不等于零,而且输出电压的大小与铁心位移x之间基本成线性关系,其特性如图2所示，呈V字形。
用适当的测量电路测量,可以得到差动变压器输出与位移x成比例的线性读数。
最常用的测量电路是差动整流电路，它把两个次级电压分别整流后，以它们的差作为输出。
差动整流电路有电流输出型和电压输出型，前者用于连接低阻抗负载的场合；电压输出型差动整流电路则用于连接高阻抗负载的场合。
以下分别是变气隙型互感式传感器：a, b, c 变面积型互感式传感器：d, e 螺管型互感式传感器：f。
三、电涡流传感器
电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。
它是一种非接触的线性化计量工具。
电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。
在高速旋转机械和往复式运动机械的状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。
如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。
从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运动状态，主要取决于其核心—转轴，而电涡流传感器，能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。
电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。
根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。
而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。
前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。
当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。
通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。
则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。
通常我们能做到控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。
于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。
输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。
四、压磁式传感器
压磁式传感器是电感式传感器的一种，也称为磁弹性传感器，是一种新型传感器。
它的工作原理是建立在磁弹性效应基础之上，即利用这种传感器将作用力（如弹性应力、残余应力等）的变化转化成传感器导磁体的导磁率变化并输出电信号。
压磁式传感器的优点很多，如输出功
率大、信号强、结构简单、牢固可靠、抗干扰性能好、过载能力强、便于制造、经济实用，可用在给定参数的自动控制电路中，但测量精度一般，频响较低。
近年来，压磁式传感器不仅在自动控制上得到越来越多的应用，而且在对机械力（弹性应力、残余应力）的无损测量方面，也为人们所重视，并得到相当成功的应用。
在生物医学领域对骨科及运动医学测试也正在应用该类传感器。
压磁式传感器是一种有发展前途的传感器。
压磁式传感器是一种有源传感器，它的工作原理是基于材料的压磁效应。
所谓压磁效应就是在外力作用下，铁磁材料内部发生应变，产生应力，使各磁畴之间的界限发生移动，从而使磁畴磁化强度矢量转动，因而铁磁材料的磁化强度也发生相应的变化，这种由于应力使铁磁材料磁化强度变化的现象，称为压磁效应。
若某一铁磁材料上绕有线圈，在外力的作用下，铁磁材料的导磁率发生变化，则会引起线圈的电感和阻抗变化。
当铁磁材料上同时绕有激磁绕组和测量绕组时，导磁率的变化将导致绕组间耦合系数的变化，从而使输出电势发生变化。
通过相应的测量电路，就可以根据输出的量值来衡量外力的作用。
五、电感传感器的应用
1、电感式压力传感器
压力 ---- 弹性敏感元件（膜盒、膜片、波纹管） --- 位移 --- 电感
1：接头
2：膜盒（弹性元件，感受压力变化）
4：电路板（无需放大，解调，滤波）
5：线圈
6：磁芯
测量范围：（-4 ~ +6 ）*104Pa
2、电感式加速度传感器
加速度 ---- 质量块2（磁芯、衔铁） --- 位移 --- 电感
3-片簧：导轨，弹性元件
弹簧刚度大，衔铁质量小---测量加速度
弹簧刚度小，衔铁质量大---测量振幅
3、电涡流测距传感器
测量金属导体绝对距离，大量程：几百毫米，分辨率0.1%，小量程：十几微米，分辨力几十纳米。
特点：非接触，范围宽，反应快，适于在线检测。
1-涡流板：被测导体2-传感器：固定线圈3-浮子；传递液位。