第三章电感式传感器.ppt
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3、电感式传感器详解
变间隙式电感传感器L-δ特性
第三章 电感式传感器
第三章 电感式传感器
（1）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 = L0+ΔL,
N 2 0 s0 L0 L L0 L 2( 0 ) 1
0 当Δδ/δ<< 1时, 可将上式用泰勒级数展开
N , r , rc k
第三章 电感式传感器
二、自感线圈的等效电路
自感线圈不是一个纯电感，除了电感量L之外，还存在线 圈的铜耗、铁心的涡流及磁滞损耗。 Io
Rc Re —— 铜损电阻； Rc —— 铁心涡流损耗；
C
Rh Re L
Rh —— 铁心的磁滞损耗；
C —— 分布等效电容（线圈 绕组间）。
第三章 电感式传感器
3、磁滞损耗电阻Rh
铁心磁滞损耗功率： P
h
40 SlH f 3
3 m
（近似经验公式）
0 —— 空气磁导率；
S —— 铁心截面积；
l —— 铁心长度；
—— 与材料有关的瑞利系数；
Hm —— 磁强度幅值；
第三章 电感式传感器
Rh
U
2 L
Ph
3 L I f
转换电路类型：
*调幅式：x——A
调频式： x——f（） 调相式： x——
第三章 电感式传感器
1、调幅电路
(1) 变压器电路 z2 初始平衡状态，Z1=Z2=Z, u0=0 输出空载电压
u u u Z1 Z 2 u0 Z1 Z1 Z 2 2 2 Z1 Z 2
u/2
u0
0 s 0 r s 灵敏度
k0 dL K ds
《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03章电感式传感器
双T电桥电路
脉冲调制电路
组成=转子+定子（如图）
长感应同步器示意图 a）定尺 b)转尺
圆感应同步器示意图 a）定子 b)转子
感应同步器的优点
①具有较高的精度与分辨力。 ②抗干扰能力强。 ③使用寿命长，维护简单。 ④可以作长距离位移测量。 ⑤工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产。
由于感应同步器具有上述优点，长感应同步器目前被广泛地应用于 大位移静态与动态测量中 ;圆感应同步器则被广泛地用于机床和仪器的 转台以及各种回转伺服控制系统中。
• 图为典型的角位移型电容式传感器 当动板有一转角时，与定板之间相互覆盖的面积
就发生变化，因而导致电容量变化。
4.2.2 变面积型电容式传感器
+ + +
4.2.2 变面积型电容式传感器
• 线位移型电容式传 感器
• 平面线位移型和圆 柱线位移型两种。
4.2.3 变介电常数型电容传感器
• 变介电常数型电容传感器的结构原理如图 所示
0
(4-3)
4.2.1 极距式电容传感器
由式（4-3）可知, 传感器的输出特性C = f (δ)
不是线性关系,而是双曲线关系
此时C1与Δδ近似呈线性关系, 所以变极距型电
容式感器只有在Δδ / δ0很小时, 才有近似的线 性输出
4.2.1 极距式电容传感器
另外, 由式（4 - 3）可以看出, 在δ0较小时, 对 于同样的Δδ变化所引起的ΔC可以增大, 从而使传
4.2.1 极距式电容传感器
一般变极板间距离电容式传感器
• 起始电容在 20～100pF之间, • 极板间距离在25～200μm的范围内, • 最大位移应小于间距的1/10,
传感器与检测技术3电感式位移传感器
21 3
4
29
（二）互感式传感器—差动变压器
❖ 1.互感式传感器的结构与工作原理 ❖ 差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、
磁滞损耗和分布电容等影响）时的等效电路：
30
（二）互感式传感器—差动变压器
❖ 1.互感式传感器的结构与工作原理 ❖ 当衔铁移向次级绕组N1一边，互感M1增大，M2减
小，因而次级绕组N1内的感应电动势大于次级绕 组N2内的感应电动势，这时差动变压器输出电动 势不为零。在传感器的量程内，衔铁位移越大， 差动输出电动势就越大。
0
2 0
0
0
1
线圈 铁芯
δ Δδ
8
（一）自感式传感器
❖1.自感式传感器的工作原理
❖ 变气隙式自感传感器的输出特性
L 1
SN 2 0 2 0
0
0
1
L
0 0
衔铁
L 1
/ 0
L 1 /
0
0
0
线圈 铁芯
δ Δδ
9
（一）自感式传感器
❖1.自感式传感器的工作原理
❖ 变气隙式自感传感器的输出特性
❖ 2. 原理消除零点残余电压方法： ❖ （1）从设计和工艺上保证结构对称性 ❖ 为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加
工精度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构。 其次，应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的 导磁材料。并应经过热处理，消除残余应力，以 提高磁性能的均匀性和稳定性。由高次谐波产生 的因素可知，磁路工作点应选在磁化曲线的线性 段。
20
（一）自感式传感器
❖1.自感式传感器的工作原理
❖ 三种类型比较： ❖ 气隙型自感传感器灵敏度高，它的主要缺点是非
4
29
（二）互感式传感器—差动变压器
❖ 1.互感式传感器的结构与工作原理 ❖ 差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、
磁滞损耗和分布电容等影响）时的等效电路：
30
（二）互感式传感器—差动变压器
❖ 1.互感式传感器的结构与工作原理 ❖ 当衔铁移向次级绕组N1一边，互感M1增大，M2减
小，因而次级绕组N1内的感应电动势大于次级绕 组N2内的感应电动势，这时差动变压器输出电动 势不为零。在传感器的量程内，衔铁位移越大， 差动输出电动势就越大。
0
2 0
0
0
1
线圈 铁芯
δ Δδ
8
（一）自感式传感器
❖1.自感式传感器的工作原理
❖ 变气隙式自感传感器的输出特性
L 1
SN 2 0 2 0
0
0
1
L
0 0
衔铁
L 1
/ 0
L 1 /
0
0
0
线圈 铁芯
δ Δδ
9
（一）自感式传感器
❖1.自感式传感器的工作原理
❖ 变气隙式自感传感器的输出特性
❖ 2. 原理消除零点残余电压方法： ❖ （1）从设计和工艺上保证结构对称性 ❖ 为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加
工精度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构。 其次，应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的 导磁材料。并应经过热处理，消除残余应力，以 提高磁性能的均匀性和稳定性。由高次谐波产生 的因素可知，磁路工作点应选在磁化曲线的线性 段。
20
（一）自感式传感器
❖1.自感式传感器的工作原理
❖ 三种类型比较： ❖ 气隙型自感传感器灵敏度高，它的主要缺点是非
第3章电感式传感器原理及其应用详解
变面积式自感传感器:
铁芯 衔铁
线圈
δ
L N 2S0 2
变面积式自感传感器结构
灵敏度为: k dL N20 dS 2
由于漏感等原因,其线性区范围较小，灵敏度也较低，因 此，在工业中应用得不多。
螺管式自感传感器:
传感器工作时,衔铁在线圈中伸入长度的变化将引起螺 管线圈电感量的变化。
对于长螺管线圈l>>r，当衔铁工作在螺管的中部时， 可以认为线圈内磁场强度是均匀的，线圈电感量L与衔铁的 插入深度l大致上成正比。
δ
由于 Nm LI,
Fm
NI,m
Fm Rm
可得: L N 2
Rm
磁路的总磁阻可表示为:
Rm
li 2 iSi 0S
近似计算出线圈的电感量为:
L N 2S0 2
当线圈匝数N为常数时,电感L仅仅是磁路中
磁阻的函数，只要改变 或S均可导致电感变化。
因此变磁阻式传感器又可分为变气隙 厚度的
传感器和变气隙面积S的传感器。
差动式与单线圈电感式传感器相比,具有以下优点。 （1）线性度高。 （2）灵敏度高，即衔铁位移相同时，输出信号大一倍。 （3）温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度
的影响，由于能互相抵消而减小。 （4）电磁吸力对测力变化的影响也由于能相互抵消而
减小。
3.2.4电感式传感器的测量电路
➢ 自感式传感器实现了把被测量的变化为电感量的变 化。为了测出电感量的变化,就要用转换电路把电感 量的变化转换成电压（或电流）的变化，最常用的 转换电路有调幅、调频和调相电路。
通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。 ➢ 传感器在使用时，其运动部分与动铁心（衔铁）相
连，当动铁芯移动时，铁芯与衔铁间的气隙厚度
《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。
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
传感器技术课件——电感式传感器PPT课件
L
lr2
可以看出，插入铁芯后，线圈电感的增量和相对增量均与铁芯的插入深度 X 成正比。如果螺管内磁场强度均匀分布的范围大，就可以获得较大的线 性位移传感器。
这种传感器结构简单、制造容易，但灵敏度低，适用于较大位移测量。 为了提高灵敏度和线性度，常采用差动螺管式电感传感器。
.
9
三种类型比较： 变间隙型：气隙型自感传感器灵敏度高，它的主要缺点是非线 性严重，为了限制线性误差，示值范围只能较小；它的自由行 程小，因为衔铁在运动方向上受铁心限制，制造装配困难。
【互感M】由于一个电路中电流变化，而在邻近另一个电路中引起感 生电动势的现象 。用互感系数来表示器件在互感现象方面的特性， 代号M。
电感式传感器
自感型 互感型
常为差动 变压器式
.
变磁阻式 涡流式
变间隙式 变面积式 螺线管式
2
1.自感式传感器---变磁阻式
传感器由线圈、铁心和衔铁组成。工作时衔铁与被测物体连接，被测物体 的位移引气隙磁阻的变化，导致了线圈电感量的变化。
较小气隙变化范围内工作。由于气隙变化甚小，即 远小于0时（一般要求小于10倍以上），S进一步 近似为：
S N 20 A0 2 02
x 此时S可近似为常数。因此，这种传感器一般只 适用于大约0.001－1mm范围的小位移测量。
对于变间隙式,改善非线性，提高灵敏度的方法如下:接成差动型
.
7
根据结构形式，自感传感器可分为：气隙型、螺线管
4.3 电感式传感器
把被测量转换为电感变化的一种传感器
被测信息
敏感元电件感元电转件感换元件
输出信息 信号调理电路
基于电磁感应原理，把被测量 （如位移、振动、压力、应变、 流量、比重等）转化为电感线 圈的自感系数或互感系数变化
电感式传感器.ppt
一、 高频反射式涡流传感器 5、测量电路
2. 调频式电路
f (x)
图 调频式测量电路 (a) 测量电路框图； (b) 振荡电路
2. 调频式电路
调频电路是把传感器接在一个LC 振荡器中， 与调幅电路不同的是将回路的谐振频率作为输出量。 当传感器线圈与被测物体间的距离变化时，引起传感器线
圈的电感量L 发生变化，从而使振荡器的频率改变，然后 通过鉴频器将频率的变化变换成电压输出。
—— 电阻温度系数
6、电涡流探伤 —— 检查金属表面裂纹、焊接部位的探伤
传感器与被测体距离不变，裂纹将引起金属的电阻率、 磁导率变化，综合引起传感器参数变化。
电涡流方法在输电线损伤检测中的应用
输电线路完好对输电系统安全运行极为重要。 材质脆变：交变张力、振动引起的弯曲应力、气温变化 表面损伤：雷击、电气闪络 腐蚀：海滨、工业区用电
齿轮齿 数
3、测量膜厚
膜厚 d x0 x L L0 L
4、测量板材厚度
d D ( x1 x2 )
厚 度 给定 系 统
x1
S1
带材
S2
检波 比 较 电压 检波
＋－ －
x2
加法器
指 示 仪表
x
5、测量温度
1 01 (t1 t0)
1、 0 —— 温度为 t1 和 t0 时的电阻率
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
按电磁感应原理分为: 自感式和互感式
按工作方式不同分为: 变磁阻式、变压器式、电涡流式等。
各种电感式传感器
电 感 粗 糙 度 仪
接近式传感器
非接触式位移传感器 测厚传感器
§3 涡流式电感传感器
传感器的类型ppt课件
▪ 传感器是将感知到的各种信号转换成易测量 的信号，把相应的信号输入计算机，计算机 发出指令，控制各执行机构。
.
§3-1传感器的定义
一、传感器的定义（ Transducer/Sensor ） ▪ 定义：将被测参量转换为与之对应的，易
于测量，传输和处理的信号的装置。
GB7665一87：能够感受规定的被测量并按 照一定规律转换成可用输出信号的器件或 装置。
.
§3-2-2 电位计式传感器
回转型变阻器式传感器，其电阻值随转角而变化。
其灵敏度
S
dR
d
k
式中α—转角[rad]
kα—单位弧度对应的电阻值。
.
§3-2-2 电位计式传感器
非线性变阻器式传感器，或称为函数电位器。 当被测量与电刷位移x之间具有某种函数关系时， 通过它可以获得输出电阻与输入被测量的线性关 系。设r(x)为电位器任意瞬时位置（微小区间Δx） 内的电阻，则电阻位移为x时总电阻值为：
KS由两部分组成：
前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起，一般
金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；
后一部分为
l
/，电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。
/l
对金属材料，以前者为主，则KS≈ 1+2μ；
对半导体， KS值主要由电阻率相对变化所决定。
实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴
第三章 传感器
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4 §3-6
传感器的概念 电阻式传感器 电容式传感器 电感式传感器 压电式传感器
.
第三章 传感器
▪ 传感器是人类五官的延长，又称之为电五 官；
信息 传感器技术 通信技术 计算机技术
.
§3-1传感器的定义
一、传感器的定义（ Transducer/Sensor ） ▪ 定义：将被测参量转换为与之对应的，易
于测量，传输和处理的信号的装置。
GB7665一87：能够感受规定的被测量并按 照一定规律转换成可用输出信号的器件或 装置。
.
§3-2-2 电位计式传感器
回转型变阻器式传感器，其电阻值随转角而变化。
其灵敏度
S
dR
d
k
式中α—转角[rad]
kα—单位弧度对应的电阻值。
.
§3-2-2 电位计式传感器
非线性变阻器式传感器，或称为函数电位器。 当被测量与电刷位移x之间具有某种函数关系时， 通过它可以获得输出电阻与输入被测量的线性关 系。设r(x)为电位器任意瞬时位置（微小区间Δx） 内的电阻，则电阻位移为x时总电阻值为：
KS由两部分组成：
前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起，一般
金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；
后一部分为
l
/，电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。
/l
对金属材料，以前者为主，则KS≈ 1+2μ；
对半导体， KS值主要由电阻率相对变化所决定。
实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴
第三章 传感器
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4 §3-6
传感器的概念 电阻式传感器 电容式传感器 电感式传感器 压电式传感器
.
第三章 传感器
▪ 传感器是人类五官的延长，又称之为电五 官；
信息 传感器技术 通信技术 计算机技术
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(3)知识课件
结构：主要由线圈和框架组成。线圈安置在框架上，线圈可以绕成一 个扁平的圆形粘贴在框架上，也可以在框架上开一个槽，导线绕制在 槽内形成一个线圈。
结构特点：电涡流式传感器的主体是激磁线圈。由此：线圈的性能和 几何尺寸、形状对整个测量系统的性能将产生重要的影响。
线圈的选择：一般情 况下，线圈的导线采 用高强度漆包线；要 求较高的场合，可以 用银或银合金线；在 较高温度条件下，需 要用高温漆包线。
一般说来，被测体的电导率越高，灵敏度也越高；磁导率则 相反，被测体的磁导率越高，灵敏度越低，而且被测导体有剩磁， 将影响测量结果，应予消磁。 (2)被测导体表面镀层对测量精度的影响：
若镀层性质和厚度不均匀，在测量转动或移动的被测物体时， 这种不均匀将形成干扰信号，影响测量精度，尤其是激励频率较 高时，电涡流的贯穿深度减小，这种干扰影响更大。
检波
高频反射式涡流测厚 仪测试系统原理图
为了克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响, 在带材的 上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器S1、S2 。
S1、 S2与被测带材表面之间的距离分别为x1和x2。
§3.4 电涡流式传感器
线圈
铁芯
★ 气隙厚度变化型差动型传感器
x/2
结构：见图
x/2
工作原理：两个传感器构成差动工作方式，衔衔铁
铁最初居中，两侧初始电感为L0，当衔铁有
位移△x时，两个线圈的间隙分别为 x x 和 x x ，表明一个线圈自感增加，2 另一个
2
线圈自感减小，把两线圈接人电桥的相邻臂
时，输出灵敏度比单个的提高一倍，并且可
§3.4 电涡流式传感器
二、高频反射式电涡流传感器的基本结构
（3）被测导体形状对测量精度的影响： •若被测物体为平面，在涡流环的直径为线圈直径的1.8 倍处，电 涡流的密度衰减为最大值的5%，因而希望被测物体的直径不小 于线圈直径的1.8倍。 •当被测物体的直径为线圈直径的一半时，灵敏度将减小一半， 更小时，灵敏度则显著下降。
结构特点：电涡流式传感器的主体是激磁线圈。由此：线圈的性能和 几何尺寸、形状对整个测量系统的性能将产生重要的影响。
线圈的选择：一般情 况下，线圈的导线采 用高强度漆包线；要 求较高的场合，可以 用银或银合金线；在 较高温度条件下，需 要用高温漆包线。
一般说来，被测体的电导率越高，灵敏度也越高；磁导率则 相反，被测体的磁导率越高，灵敏度越低，而且被测导体有剩磁， 将影响测量结果，应予消磁。 (2)被测导体表面镀层对测量精度的影响：
若镀层性质和厚度不均匀，在测量转动或移动的被测物体时， 这种不均匀将形成干扰信号，影响测量精度，尤其是激励频率较 高时，电涡流的贯穿深度减小，这种干扰影响更大。
检波
高频反射式涡流测厚 仪测试系统原理图
为了克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响, 在带材的 上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器S1、S2 。
S1、 S2与被测带材表面之间的距离分别为x1和x2。
§3.4 电涡流式传感器
线圈
铁芯
★ 气隙厚度变化型差动型传感器
x/2
结构：见图
x/2
工作原理：两个传感器构成差动工作方式，衔衔铁
铁最初居中，两侧初始电感为L0，当衔铁有
位移△x时，两个线圈的间隙分别为 x x 和 x x ，表明一个线圈自感增加，2 另一个
2
线圈自感减小，把两线圈接人电桥的相邻臂
时，输出灵敏度比单个的提高一倍，并且可
§3.4 电涡流式传感器
二、高频反射式电涡流传感器的基本结构
（3）被测导体形状对测量精度的影响： •若被测物体为平面，在涡流环的直径为线圈直径的1.8 倍处，电 涡流的密度衰减为最大值的5%，因而希望被测物体的直径不小 于线圈直径的1.8倍。 •当被测物体的直径为线圈直径的一半时，灵敏度将减小一半， 更小时，灵敏度则显著下降。
第3章 电感式传感器
5
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
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
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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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第1章 检测技术基础知识
自感式电感传感器常见的形式
变隙式
2021/2/12
变截面式
螺线管式
1.变隙式自感传感第器1章 检测技术基础知识
L-δ特性曲线
变隙式自感传感器的测量范围与灵敏度及线性度是相矛盾 的，因此变隙式自感式传感器适用于测量微小位移场合。
为了减小非线形误差，实际中广泛采用差动变隙式电感传 感器。
电感式传感器具有结构简单, 工作可靠, 测量精 度高, 零点稳定, 输出功率较大等一系列优点, 在工 业生产和科学研究领域得到了广泛的应用。
电感式传感器种类很多, 本章主要介绍自感式、 差动变压器式、电涡流式传感器这三大类传感器。
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第1章 检测技术基础知识
3.1 自感式传感器
先看一个实验： 将一只380 V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接 到机床用控制变压器的36 V交流电压源上，如图4-1所 示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接 触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫 安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙 等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。
第1章 检测技术基础知识
1. 变压器电桥电路 变压器电桥电路如图 3- 7所示, 电桥的工作桥臂为Z1与Z2， 它们是传感器线圈阻抗, 另外两桥臂为交流变压器次级线圈 的 1/2 阻抗，输出电压取自B点，即变压器次级线圈的中心 抽头。
U 当传感器的衔铁处于中间位置, 即Z1= Z2=Z时有
桥平衡。
教学重难点
教学重点： 电感式传感器的工作原理和应用。 教学难点： 电感式传感器的测量电路。
2021/2/12
第1章 检测技术基础知识
电感式传感器
电感式传感器建立在电磁感应的基础上，把输 入物理量（如位移、振幅、压力、流量、 比重等参 数）转换为线圈的电感和互感的变化, 再由测量电路 转换为电压或电流的变化。
第1章 检测技术基础知识
第3章 电感式传感器
2021/2/12
第1章 检测技术基础知识
2021/2/12
1 3.1 自感式传感器 2 3.2 差动变压器式传感器 3 3.3 电涡流式传感器 4 3.4 电感式传感器的应用
第1章 检测技术基础知识
教学目标
知识目标： （1）了解自感式传感器工作原理、转换电路与使用方法。 （2）掌握差动变压器式传感器的工作原理、转换电路。 （3）掌握电涡流式传感器的工作原理和实际应用方法。
I U U U (31)
Z X L 2 fL
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第1章 检测技术基础知识
电感量计算公式 ：
L N20 A 2
N：线圈匝数；A ：气隙的有效截面积； 0 ：真空 磁导率； ：气隙厚度。
请分析电感量L与气隙厚度及气隙的有效截面积A 之间的关系，并讨论有关线性度的问题。
2021/2/12
差动电感传感器的特点
在变隙式差动电感传感器中，当 衔铁随被测量移动而偏离中间位 置时，两个线圈的电感量一个增 加，一个减小，形成差动形式。
曲线1、2为L1、L2 的特性，3
为差动特性
1-差动线圈； 2-铁心； 3-衔铁； 4-测杆； 5-工件
请分析：灵敏度、 线性度有何变化
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第1章 检测技术基础知识
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第1章 检测技术基础知识
F
准备工作
220V
电感传感器的基本工作原理演示
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电感传感器第1的章基检测本技工术作基础原知理识演示
F
气隙变小，电感变大，电流变小
2021/2/12
第1章 检测技术基础知识
电感传感器的基本工作原理
当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，线圈 的电感量L和感抗XL 较小，所以电流I 较大。当铁心 闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。
3.1.2自感式传感器的测量转换电路
为了测出电感的变化，同时也为了将电 感送入下级电路进行放大和处理，自感式传 感器要用测量转换电路把电感转换为电流或 电压的变化量。
自感式传感器的测量转换电路一般采用 调幅电路，调幅电路主要包括变压器电桥电 路和交流电桥电路。而调频电路和调相电路 用得较少。
2021/2/12
上述三种传感器的线圈中均通有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电磁 吸力，会引起附加误差，且非线性误差较大。另外，外界的干扰(如电 源电压、频率、温度的变化)也会使输出产生误差，所以在实际工作中 常采用差动形式，这样既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小测量误 差。
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第1章 检测技术基础知识
技能目标： （1）能够根据检测要求选择合适的电感式传感器。 （2）能够根据被测信号的特点设计出简单合理的传感器检 测电路。 （3）能够正确维护常用电子检测设备。
2021/2/12
第1章 检测技术基础知识
情感目标： （1）具有工作与学习良好的交流与团队合作能力。 （2）培养良好的合作精神、创新精神和竞争意识。 （3）能适应具体工作的需要，在实际的工作中发挥其创造性 。
第1章 检测技术基础知识
3.2 差动变压器式传感器
=0 0, 电
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图3-7变压器式交流电桥
第1章 检测技术基础知识
2. 交流电桥电路 图3 - 8所示为交流电桥电路,及其输出特性曲线，由于交流 电桥电路的结构不完全对称，初态时电桥不完全平衡，因而 产生静态偏压，称为零点残余电压。
Z1
U
Z
＝
3
R
Z2
Z4＝R
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U o
图3-8交流电桥电路
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2.变截面式自感传感第1器章 检测技术基础知识
L N20 A 2
图3-4 变截面式自感传感器的输出特性 1—实际输出特性； 2—理想输出特性
由式3-2可知理论上电感量L与气隙截面积A成正比
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第1章 检测技术基础知识
3.螺线管式自感传感器
1）电感量L与衔铁插入深度l1成 正比（在螺线管中部时） 2）适应于测量较大位移 3）灵敏度较低
差动式电感传感器的特性
从结构图可以看出，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。 从曲线图可以看出，差动式电感传感器的线性较好，且输 出曲线较陡，灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。
2021/2/12
Байду номын сангаас
第1章 检测技术基础知识