第4章 电感式传感器及应用

《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。

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。