第4章 电感式传感器及应用
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。
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》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4章 电感式传感器线位移及尺寸测量
2
P
r
x
B 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： IN H 2 2 l N NBS 0 N r 则空心螺管线圈的电感为： L0 I I l
电子工业出版社
x
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。
电子工业出版社
L
ΔL1 L0 ΔL2 δ0 δ
2. 螺线管型电感传感器
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一根圆柱 形铁芯及磁性套筒。传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度 的变化，引起线圈泄漏路径中磁阻的变化，从而使线圈自感发 生变化。
螺管线圈 l r 铁芯 x
电子工业出版社
为了提高灵敏度与线性度,常 采用差动螺管式自感传感器。 图(b)中H=f(x)曲线表明：为 了得到较好的线性,铁芯长度 取0.6l时,则铁芯工作在H曲线 的拐弯处,此时H变化小。这种 差动螺管式自感传感器的测量 范围为(5～50)mm,非线性误 差在0.5％左右。
2lc
Δlc
r
x 线圈Ⅱ (a)
当
2 4 L 1 2 ... L0 0 0 0 L 2 忽略高次项，可得: L0 0
0
，上式展开成泰勒级数： 1
差动变隙式自感传感器的灵敏度为
3
L L0 2 K 0
1 线圈Ⅰ自感特性曲线； 2 线圈Ⅱ自感特性曲线； 3 线圈Ⅰ与Ⅱ差动自感特性曲线； 4 差动电桥输出电压－位移特性曲线
电子工业出版社
L/mH 100 75 LD 50 25
第四章电感式传感器第一节自感式传感器
（2）变压器电桥
电桥的两个平衡臂为变压器的两个副边。电 桥的输出与前面交流电桥类似。
１、工作原理 气隙型电感传感器由线圈、铁芯和衔铁
组成，工作时，气隙厚度δ随衔铁运动而变
化，引起磁阻变化（故又称为磁阻式传感 器），从而导致电感变化而在线圈中产生感 应电动势。
线圈电感为：
式中，N 为线圈匝数； 为R m磁、工作原理
假设气隙磁场是均匀的，在忽略磁路铁损后， 磁路的总磁阻为:
式中， 为铁芯磁路总长， 为衔铁磁路总长，
δ为气隙厚度，
分别为铁芯、衔铁、真空磁导率， 分别为铁芯、衔铁、气隙的截面积。
一、变磁阻式电感传感器
１、工作原理
将总磁阻代入电感公式，得
由于
,则上式可简化为：
由公式可知，电感 L 是气隙截面积 A 和长 度δ 的函数。由此可制成两种类型的传感器：
变气隙型和变截面型。
第四章 电感式传感器
§4-1 自感式传感器 §4-2 差动变压器式传感器 §4-3 电涡流式传感器
第四章 电感式传感器
概述
【能量变换】属能量控制型传感器
第四章 电感式传感器
概述
【原理】是利用线圈自感和互感来实现非电量 的电测。
【用途】检测位移、振动、压力、应变、流量 和比重等
【类型】自感式、互感式和电涡流式。 【特点】结构简单、分辩率高、输出信号强、
１、单线圈型工作原理
（1）螺管内未插入铁芯时，螺管线圈的电感为
式中 r —— 螺管半径； l —— 螺管圈长度。
二、螺管型电感传感器
１、单线圈型工作原理
（2）当铁芯插入长度 lx 等于线圈长度 l 时，
线圈电感为:
二、螺管型电感传感器
第四章电感式传感器
式中，r 、rc 为螺管、铁芯的半径；l、l为c 螺管、铁芯 的长度； lc 、rc 位移量。
所以，传感器灵敏度为：
K
4 2 N 2
l2
r
1 rc2
107
采用差动形式，灵敏度可提高一倍。 提高灵敏度的途径：
①使线圈与铁芯尺寸比值和趋于1； ②铁芯的材料选用导磁率大的材料。
三种自感式传感器的比较： ◆ 变间距式: 灵敏度最高，且随间距增大而减小；
4.2.4 误差因素分析
（1）激励电源的影响 幅值和频率都会直接影响输出，必须适当选择 合适的值。
（2）温度的影响： 温度变化，引起线圈磁场发生变化，从而产生 温漂（品质因数Q低时，影响更为严重。
解决方法：①采用恒流源供电； ②提高线圈的品质因数； ③采用差动电桥。
（3）零点残余电压 差动变压器在初始状态下，衔铁处于中间位置， 存在零点残余电压，
常用测量电路为： ◆ 差动整流电路 ◆ 相敏检波电路
1. 差动整流电路 差动整流电路分为全波和半波电路，如图所示：
以图（c）为例，波形变化为：
2．相敏检测电路
4.2.6 应用
(1)差动变压器式加速度传感器
(2)差动变压器式微压力变送器
微压传感器
退出
电感测微仪------差动式自感传感器测量微位移
4.1 自感式传感器
自感传感器的常见形式有气隙型和螺管型。
一、气隙型电感传感器 1. 工作原理：
线圈的电感为：
N2 L
Rm
Rm
l1
1S1
l2
2S2
l
0S
一般铁心的磁阻远较气隙磁阻小，有
Rm
l
0S
电感值与以下几个参数有关：与线圈匝数N 平方成正比；与空气隙有效截面积S成正比；与 空气隙长度所反比。
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。
电感式传感器的发展与应用
电感式传感器的发展与应用电感式传感器是一种基于电感原理的传感器，通过测量感应元件的电感变化来实现测量物理量的目的。
其原理是当感应元件受到外界物理量的作用时，会改变其周围的电磁场，从而导致电感的变化。
电感式传感器具有结构简单、灵敏度高、稳定性好等优势，近年来得到了广泛的发展和应用。
电感式传感器的发展可以追溯到19世纪末的电工学研究。
最早的电感式传感器是用于测量电流的电流互感器，后来逐渐发展出压力传感器、位移传感器、温度传感器等。
随着材料科学和电子技术的发展，电感式传感器的性能得到了大幅度提升。
现代电感式传感器不仅具有较高的灵敏度和稳定性，还具备了小型化、智能化和网络化的特点，能够广泛应用于工业、汽车、医疗、环保等领域。
在工业应用中，电感式传感器可以用于测量各种物理量，如压力、温度、位移、流量等。
它们可以在线实时监测设备运行状态，确保设备的安全可靠运行，提高生产效率和工作环境的安全性。
同时，电感式传感器还可以用于自动化控制系统中的反馈调节，实现对设备运行参数的精确控制。
例如，在石油化工领域中，电感式传感器可以实时监测设备的压力和温度变化，及时预警故障并采取措施，保证生产过程的安全运行。
在汽车领域，电感式传感器被广泛应用于车辆的各类传感器系统中，如发动机控制系统、车辆动力系统等。
它们可以用于测量发动机的转速、油位、气体浓度等，对车辆的运行状态进行实时监测和控制。
电感式传感器还可以用于车辆的安全系统中，如倒车雷达、安全气囊系统等。
通过对车辆周围物体的电感变化进行测量，可以实现对车辆的安全驾驶和自动停车等功能，提高驾驶的安全性和便利性。
在医疗领域，电感式传感器可以用于测量人体的各类生理参数，如心率、血压、呼吸率等。
通过对感应元件的电感变化进行监测，可以实时获取患者的生理数据，并通过数据处理和分析，帮助医生进行临床诊断和治疗。
电感式传感器的小型化特点使得其可以嵌入到医疗器械中，如植入式心脏起搏器、药物泵等，实现对患者的长期监护和治疗，提高医疗质量和效率。
电感式传感器的工作原理及应用
电感式传感器的工作原理及应用1. 电感式传感器简介电感式传感器是一种常见的传感器类型，它利用电感元件的物理特性实现对特定物理量的测量。
它可以通过改变电感元件的感应能力来检测环境中的各种物理量，如位置、速度、压力等。
电感式传感器通常由电感元件、电路和信号处理部分组成，可以将环境中的物理量转换为电信号输出。
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元件与外部物理量之间的相互作用。
电感元件是一个线圈，当通过线圈的电流发生变化时，会在线圈周围产生磁场。
而外部物理量的改变会引起电感元件的感应能力变化，进而改变线圈中的电感。
通过测量线圈中的电感变化，可以得到外部物理量的信息。
电感式传感器可以通过几种不同的工作原理来实现对不同物理量的测量，常见的工作原理包括：•电感变化原理：利用外界物理量的变化引起线圈中电感的变化，从而间接测量外界物理量。
•磁性传感原理：利用外界磁场的变化引起线圈中电感的变化，从而间接测量外界磁场的强度、方向等。
•电容变化原理：利用外界物理量的变化引起线圈中电容的变化，从而间接测量外界物理量。
3. 电感式传感器的应用电感式传感器具有广泛的应用领域，以下列举了几个常见的应用案例：3.1 位置测量电感式传感器可以通过感应电感的变化来测量物体的位置。
通过将传感器与物体相连，当物体移动时，位置的变化会导致电感元件的感应能力发生变化，进而改变线圈中的电感。
通过测量电感的变化，可以反推出物体的位置信息。
这种应用在机器人控制、汽车导航等领域有着广泛的应用。
3.2 速度测量电感式传感器也可以通过感应电感的变化来测量物体的速度。
通过将传感器与物体相连，当物体移动时，速度的变化会引起电感元件的感应能力变化，进而改变线圈中的电感。
通过测量电感的变化率，可以获得物体的速度信息。
这种应用在航空航天、交通运输等领域中起着重要的作用。
3.3 压力测量电感式传感器还可以通过感应电感的变化来测量物体的压力。
通过将传感器与受压物体相连，当物体受到压力时，压力的变化会引起电感元件的感应能力发生变化，进而改变线圈中的电感。
传感器原理及应用-第4章-4.1变磁阻式电感传感器
§4.1 变磁阻式电感传感器
一、变磁阻式传感器工作原理
变磁阻式传感器即自感式电感传感器：
利用线圈自感量的变化来实现测量的。
铁芯
传感器结构：线圈、铁芯和衔铁三部
线圈
分组成。
工作原理：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 衔铁 有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分
与衔铁相连。当被测量变化时，使衔铁产生
3
差动变
2 截面式
4
§4.1 变磁阻式电感传感器
一、变磁阻式传感器工作原理 二、变磁阻式传感器基本类型 三、变截面式自感传感器输出特性 四、变间隙式自感传感器输出特性 五、差动式自感传感器 六、自感式传感器的等效电路 七、自感式传感器的测量电路
§4.1 变磁阻式电感传感器
六、自感式传感器的等效电路
L U L2
~
I
C
U
Z1
2
A
U 2
Z2
U 0
D
B
U o
Z2 Z1 Z1 Z2
U 2
Z Z
U 2
L U L2
当衔铁上下移动相同距 离时，电桥输出电压大小相 等而相位相反。
§4.1 变磁阻式电感传感器
七、自感式传感器的测量电路
2、变压器式交流电桥
§4.1 变磁阻式电感传感器
§4.1 变磁阻式电感传感器
五、差动式自感传感器
三种基本类型： 在实际使用中，常采用两个相同的传感线
圈共用一个衔铁，构成差动式自感传感器。
44
3
差动结构的特点：
（1）改善线性、提高灵敏度外；
（2）补偿温度变化、电源频率变化等的 影响，从而减少了外界影响造成的误差。
传感器与检测技术第二版胡向东著
L1 弹簧
测量杆 工件
衔铁 L2
线圈2 铁芯2
R
U
U o
R
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4.2 差动变压器 电感式传感器
将被测量的非电量转换为互感变化量的传感器称为互 感式传感器。这种互感传感器是根据变压器的基本原理 制成的，并且次级绕组都用差动形式连接，故称差动变 压器式传感器，简称差动变压器。在这种传感器中，一 般将被测量的变化转换为变压器的互感变化，变压器初 级线圈输入交流电压，次级线圈则互感应出电动势。
L N 2 N 20 A0
Rm
2
（4-6）
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L N 2 N 20 A0
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， 因此变磁阻电感式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感
器和变气隙面积A0的传感器。
目前使用最广泛的是变气隙厚度电感式传感器。
N 20S 2(0 )
N 20S ( 0 0 ) 20 0 0
2L0
0
1
1
(
)2
0
电感的相对变化量为
L L0
2
0
1
1
(
)2
0
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当 1 时，上式用泰勒级数展开成级数形式为
0
L L0
2
0
1
(
0
)2
（ 0
）4 （ 0
）8
＜ 3
非线性：
L / L0
2
0
2
L /
L0
0
灵敏度：忽略高次项
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。
传感器课件第四章电感式传感器
未来发展方向与趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展， 电感式传感器将逐渐实现智能化，能够
自主完成数据采集、处理和分析。
微型化
随着微电子技术的不断发展，电感 式传感器的体积和重量逐渐减小，
未来将更加注重微型化设计。
A
B
C
D
网络化
随着物联网技术的不断发展，电感式传 感器将逐渐实现网络化，能够实现远程 控制和数据传输。
CHAPTER
电感式传感器的未来发展与挑战
新材料与新技术的应用
新型磁性材料
随着新材料技术的不断发展，新型磁 性材料如稀土永磁材料、铁氧体等在 电感式传感器中的应用将更加广泛， 以提高传感器的性能和稳定性。
新型导电材料
采用新型导电材料如石墨烯、碳纳米管 等，能够提高线圈的导电性能和耐高温 性能，进一步优化电感式传感器的响应 速度和测量范围。
TITLE
电感式传感器课件第 四章
演讲人姓名
目 录
Ⅰ
点
电
感
击
式
传
添
感
器
加
概 述
正
文
Ⅱ
点
点电
与感
击
优式
势传
添
感
器
加
的 特
正
文
CONTENTS
Ⅲ
点
理电
与感
击
技式
术传
添
实感
现器
加
的 原
正
文
Ⅳ
点
用电
实感
击
例式
传
添
感
器
加
的 应
正
文
Ⅴ
点
来电
传感器原理及应用-第4章 - 4.2 差动变压器式电感传感器
§4.2 差动变压器式电感传感器
二、变隙式差动变压器
2、变隙式差动变压器输出特性
在忽略铁损（即涡流与磁滞损耗 忽略不计）、漏感以及变压器次级开 路（或负载阻抗足够大）的条件下的 等效电路。 不考虑铁芯与衔铁中的磁阻影响 时，变隙式差动变压器输出电压为
b a W2 U U 2 b a W1 1
M
基本种类
有变隙式、变面积式和螺线管式等。 应用最多的是螺线管式差动变压器。
初1 级 线 圈
3
次 级 线 圈
2
4
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
二、变隙式差动变压器
三、差动变压器式传感器测量电路
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
1、螺线管式差动变压器结构与原理
U2 r1 L1
2 2
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
2、螺线管式差动变压器输出特性
U2
M a M b U 1
r1 L1
2 2
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
二、变隙式差动变压器
三、差动变压器式传感器测量电路
根据电磁感应原理有
E E 2a 2b
变压器两次级绕组反 向串联，则差动变压器输 出电压为零。
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
2、螺线管式差动变压器输出特性
当次级两绕组反向串 联、次级开路时差动变压 器输出电压为 差动变压器输出电动势的大小和相 位可知道衔铁位移的大小和方向。
二、变隙式差动变压器
2、变隙式差动变压器输出特性
简述电感式传感器的原理及应用
简述电感式传感器的原理及应用1. 什么是电感式传感器电感式传感器是一种基于电感现象的传感器，通过测量电感的变化来获取目标物理量的信息。
它使用了感应电流与磁场之间的相互作用，从而实现对目标物理量的测量。
2. 电感式传感器的原理电感式传感器的原理基于法拉第电磁感应定律。
当一个变化的电流通过线圈时，会在线圈周围产生可测量的磁场。
而当有一个磁场通过线圈时，它会引起线圈中的感应电流。
根据这个原理，电感式传感器通过测量线圈中的电感变化来判断目标物理量的变化情况。
3. 电感式传感器的应用电感式传感器具有广泛的应用领域，下面列举几个常见的应用：3.1 位移测量电感式传感器可以用于测量物体的位移。
当位移发生时，与位移相关的物理量（如位置、角度等）会引起感应电感的变化，通过测量电感的变化可以间接得知位移的大小。
3.2 流量测量电感式传感器在流量测量中也有着广泛应用。
传感器中的线圈与流体的流动有关，当流体通过线圈时，会引起线圈中的感应电感的变化，通过测量电感的变化可以判断流体的流量大小。
3.3 接近开关电感式传感器常用于接近开关的应用。
当有物体靠近传感器时，物体的磁场会影响传感器线圈的电感，从而引起感应电流的变化。
通过检测感应电流的变化，可以实现物体的接近检测。
3.4 温度测量电感式传感器也可以用于温度测量。
传感器的线圈会随温度的变化而发生电感的变化，通过测量电感的变化可以间接得知温度的变化情况。
3.5 金属检测由于金属具有较高的导电性，金属物体会对传感器的感应电感产生较大的影响。
因此，电感式传感器可以用于金属检测应用。
通过测量感应电感的变化，可以判断目标物体是否为金属。
4. 电感式传感器的优势和局限性4.1 优势•精度高：电感式传感器可以实现高精度的测量，对于一些要求精确度较高的应用领域非常适用。
•反应速度快：电感式传感器的测量响应速度快，可以用于需要快速响应的实时监测。
•结构简单：电感式传感器的结构相对简单，制造成本较低。
第四章 常用传感器原理及应用
Ca
Cc
R0
★ 由于后继电路的输入阻抗不可能为无穷大，而且压 电元件本身也存在漏电阻，极板上的电荷由于放电而无 法保持不变，从而造成测量误差。因此，不宜利用压电 式传感器测量静态或准静态信号，而适宜做动态测量。
★ 压电晶片有方形、圆形、圆环形等各种，而且往往 是两片或多片进行串联或并联。
+
并联：适于测缓变信号和以电荷为 输出量的场合
3、介电常数变化型 此类传感器可用来测量液体的液位和材料的厚度等。
两圆筒间的电容为：空气的介
21 L C ln(R r )
外电极 内半径
电常数
电极 长度
内电极 内半径
如果电极的一部分被非导电性液 体所浸没时，则会有电容量的增 量∆C产生：
2 ( 2 1 )l C ln(R r )
线圈
铁芯
衔铁
由于 δ 很小，可认为气隙磁场是均匀的 ，若忽略磁路的铁损，则总磁阻为：
线圈 铁芯
衔铁
l 2 Rm A 0 A0
由于铁心磁阻与气隙相比要小得多，可以忽略
2 Rm 0 A0
N 0 A0 L 2
传感器灵敏度： K
2
dL
N 2 0 A0 2
2
d
N 2 0 A0 2 2
这种传感器适用于较小位移 的测量，测量范围约在 0.001~1mm左右。
2、变面积式 原理：气隙长度不变，铁心与衔铁之间相 对而言覆盖面积随被测量的变化而改，导致 线圈的电感量发生变化。 特点：灵敏度比变气隙型的低，但其灵敏 度为一常数，因而线性度较好，量程范围可 取大些，自由行程可按需要安排，制造装配 也较方便，因而应用较为广泛。 3、螺管式 原理：衔铁随被测对象移动，线圈 磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈 电感量也因此而变化。 特点：灵敏度更低，但测量范围大 ，线性也较好，同时自由行程可任意 安排，制造装配方便，应用较广泛。
传感器原理及工程应用5
δ0
当∆δ/δ01时, 可将上式用台劳级数展开成级数形式为 L = L0+∆L = L0 [1 + (
∆δ
δ0
)+(
∆δ
δ0
) +(
2
∆δ
δ0
)3 + ...]
由上式可求得电感增量∆L和相对增量∆L/ L0的表达式, 即
第4章 电感式传感器
∆L = L0
∆δ
δ0 δ0 δ0 ∆L ∆δ ∆δ ∆δ 2 = ⋅ [1 + ( )+( ) + ...] L0 δ0 δ0 δ0
第4章 电感式传感器
(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, 只要改变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。使用最广泛的是变气隙厚度δ式电感传感器。 输出特性 二、 输出特性 设电感传感器初始气隙为δ0, 初始电感量为L0, 衔铁 位移引起的气隙变化量为∆δ, 从式(4 - 6）可知L与δ之间是非 线性关系, 特性曲线如图(4 -2）表示,初始电感量为
⋅
⋅
⋅
⋅
式中: L0——衔铁在中间位置时单个线圈的电感; ∆L——单线圈电感的变化量。
⋅
将∆L=L0（∆δ/δ0）代入式(4 - 19）得 电压与∆δ有关。
U0 = （∆δ/δ0）, 电桥输出
第4章 电感式传感器
2. 变压器式交流电桥 变压器式交流电桥 变压器式交流电桥测量电路如图 4 - 5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。当负截阻抗为无穷大时, 桥路输出电压
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1.电感式传感器的工作原理 电感式传感器的工作原理是基于 电磁感应原理，它把被测量转化为电 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。
2013-7-17
重庆工商职业学院
机电工程系
1.自感式传感器
自感式电感传感器主要有变间隙型、变面积型和螺管型三种类型。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。 1．变间隙型电感传感器 2．变面积型电感传感器 3．螺管型电感传感器 4．差动式电感传感器 为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动式电感传感器。 5．自感式传感器的测量电路 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。
2013-7-17
重庆工商职业学院
机电工程系
3.2 测量电路 用于测量位移的电涡流式传感器有变间隙型、 变面积型和螺管型。 变间隙型电涡流传感器 变面积型电涡流传感器 螺管型电涡流传感器
4.电感式传感器的应用
4.1．差动变压器式力传感器
4.2．沉筒式液位计
2013-7-17 重庆工商职业学院 机电工程系
2013-7-17 重庆工商职业学院 机电工程系
2．2差动变压器的结构类型
螺线管式差动变压器结构
2013-7-17
重庆工商职业学院
机电工程系
2.3．差动变压器式传感器测量电路
（1）差动变压器的输出是交流电压(用交流电压表测量，只能反映衔 铁位移的大小，不能反映移动的方向)； （2）测量值中将包含零点残余电压。 为了达到能辨别移动方向和消除零点残余电压的目的，实际测量时， 常常采用差动整流电路和相敏检波电路。 (1)差动整流电路 这种电路是把差动变压器的两个次级输出电压分别整流， 然后将 整流的电压或电流的差值作为输出。 (2)相敏检波电路
r1 £« I1 L1a £ £« r2a
E2 a
r2b
£«
L2a £« E2 b L2b £
Uo
£
RL
U
£
差动变压器等效电路
2013-7-17Fra bibliotek重庆工商职业学院
机电工程系
3．电涡流传感器
3.1 工作原理和基本结构、类型 根据法拉第定律，当传感器线圈通以正弦交变电流I1时， 线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1，使置于此磁场中的金 属导体中感应电涡流I2，I2又产生新的交变磁场H2。 根据愣次定律，H2的作用将反抗原磁场H1，由于磁场H2的 作用，涡流要消耗一部分能量，导致传感器线圈的等效阻抗发 生变化。线圈阻抗的变化完全取决于被测金属导体的电涡流效 应。 一般讲，线圈的阻抗变化与导体的电导率、磁导率、几何 形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测导体间 的距离有关。如果保持某些参数不变，而只改变一个参数，传 感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数。通过与传感器配 用的测量电路测出阻抗Z的变化量，即可实现对该参数的测量。
2013-7-17
重庆工商职业学院
机电工程系
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。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：变隙式、变面积式和螺线 管式等。 在非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动 变压器，它可以测量1～100mm机械位移，并具有 测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优 点。 2.1．互感式传感器的工作原理 互感式传感器的工作原理类似变压器的作用原理