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电感式传感器PPT课件

电感式传感器PPT课件

2
LC
2LC
Q2
(1
2LC)2
2LC Q
2
(4-17)
第4章 电感式传感器
当Q>>ω2LC且Ω2lc<<1
Z
R
(1 2LC)2
;
令
L'
L
(1 2LC)2
则
Z R' jL'
从以上分析可以看出，并联电容的存在，使有效串联损耗电阻及 有效电感增加，而有效Q值减小，在有效阻抗不大的情况下，它 会使灵敏度有所提高，从而引起传感器性能的变化。因此在测量 中若更换连接电缆线的长度，在激励频率较高时则应对传感器的 灵敏度重新进行校准。
为了使输出特性能得到有效改善，构成差动的两个变隙 式电感传感器在结构尺寸、材料、电气参数等方面均应完全 一致。
第4章 电感式传感器 图4-3 差动变隙式电感传感器
第4章 电感式传感器 4.1.3 测量电路
电感式传感器的测量电路有交流电桥、变压器式交流电桥 以及谐振式等。
1.
从电路角度看，电感式传感器的线圈并非是纯电感，该电 感由有功分量和无功分量两部分组成。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，为简便起见可视为集中参数，用C来表示。 于是可得到电感式传感器的等效电路如图4-4所示。
其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动， 使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化。 即一个电感量增大，一个电感量减小。电感的这种变化通 过电桥电路转换成电压输出，所以只要用检测仪表测量出 输出电压，即可得知被测压力的大小。
第4章 电感式传感器 4.1.5

《电感式传感器》课件

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电子衡器
用于电子称重系统，实现物体 重量的精确测量。
汽车工业
用于检测气瓶压力、油量等参 数。
医疗设备
用于检测血压、心电等生理参 数。
CHAPTER
02
电感式传感器的组成与结构
感应线圈
01
感应线圈是电感式传感器的核心部分，通常由绕组和骨架组成 。
02
绕组是线圈的主体，通常由导电材料（如铜线）绕制而成，用
于产生磁场。
骨架是线圈的支撑结构，通常由绝缘材料制成，用于固定绕组
03
并保持其形状。
信号处理电路
信号处理电路是电感式传 感器的重要组成部分，用 于处理感应线圈产生的信 号。
信号处理电路通常包括放 大器、滤波器、相敏检波 器等，用于放大、滤波和 检测信号。
放大器用于将感应线圈产 生的微弱信号放大，以便 后续处理。
详细描述
电感式传感器能够快速准确地检测金属制品的存在、位置和尺寸，常用于自动化生产线 上的金属零件计数、分类和检测。它利用电感线圈的磁场变化来感知金属物体的接近，
从而实现非接触式的检测。
液位测量
总结词
电感式传感器在液位测量中具有防爆、耐腐 蚀和稳定性高的特点，适用于各种液体介质 的测量。
详细描述
电感式传感器通过测量液体的位移变化来感 知液位，通常与容器壁或浮子配合使用。由 于其结构简单、安全可靠，电感式传感器广 泛应用于石油、化工、食品等行业的液位测 量和控制。
流量测量
要点一
总结词
电感式传感器在流量测量中具有高精度、响应速度快和长 期稳定的特点，适用于各种流体介质的测量。
要点二
详细描述
电感式传感器通过测量流体流过传感器的速度来计算流量 ，通常与节流装置或涡轮配合使用。在石油、天然气、水 处理等领域，电感式传感器被广泛应用于流量测量和控制 系统中。

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3.1.1 气隙型自感传感器
1. 工作原理 2. 由线圈、铁芯、衔铁三部分组成
（a）变气隙长度
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（b）变气隙截面积
下一页
根据磁路知识，线圈的自感为：L N 2
Rm
N——线圈的匝数 Rm－磁路的总磁
在气隙较小的情况下（一般l在0.1~1mm），可以认为 气隙磁场均匀分布，同时忽略磁路铁损，则有：
其原理类似于变压器。不同的是：后者为闭合磁路，前者 为开磁路；后者初、次级间的互感为常数，前者初、次级间的互 感随衔铁移动而变，且两个次级绕组按差动方式工作，因此又称 为差动变压器。它与自感式传感器统称为电感式传感器。
变隙式 变面积式 螺线管式
一般采用螺线管式，因为气隙式结构复杂，行程小。
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2. 带相敏检波电路
Z1、Z2为差动线圈等效阻抗 R为平衡电阻，与Z1、Z2 组成电桥 Dl～D4组成相敏整流电路 Uo为测量电路的输出电压 零值居中的直流电压表指示输出电压的大小和极性
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（1）初态时： 由于动铁居中，即Z1＝Z2＝Z，由于桥路结构对称，此时UB＝ UC，即Uo=UB-UC=0。 （2）动铁上移时： Z1↑＝Z十∆Z，Z2↓＝Z—∆Z，即Z1＞Z2→I1＜I2，此时 Uo＝UB—UC＝UBD+UDC=I1R-I2R=R(I1-I2)<0 在电源Ui的正半周和负半周，I1、I2的方向均变为相反，但Uo都 <0，指示表指针反偏，读数为负，表示动铁在上移。 （3）动铁下移时： Z1↓＝Z—∆Z ， Z2↑＝Z十∆Z ，即Z2＞Z1→I1 ＞ I2，此时 Uo＝UB—UC＝R(I1-I2) ＞ 0 指示表指针右偏，读数为正，表明动铁在下移。

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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5章电感式传感器ppt课件

第5章电感式传感器ppt课件

L/mH
（5）自感式传感器测量电路 （b)交流电桥
11/48
第5章电感式传感器
（5）自感式传感器测量电路 （b)交流电桥 平衡臂为变压器的两个二次侧绕组
Z Z U U U U 2 1 U Z I Z 0 2 2 2Z Z 2 2 Z Z 1 2 1 2
. . . . . .
按转化机理的不同
电感式传感器
自感式电感传感器
互感式电感传感器
电涡流式传感器
感测量：位移、振动、压力、应变、流量、比重等。
3/48
第5章电感式传感器
5.1自感式传感器
按磁路几何参数变化形式：变间隙型、变面积型和螺管型。
按组成方式： 单一型 、 差动型
d i d e L N d t d t 2 2 N A N A 0 r 0 L l ( 1 ) l l/ ( 1 1 / l r r r)
第5章电感式 传感器
传感器与检测技术
第5章电感式传感器
5.1 自感式传感器 5.2 互感式传感器 5.3 电涡流式传感器
2/48
第5章电感式传感器
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。
被测非电量
电磁 感应
自感系数L 互感系数M
测量 电路
U 、 I 、f
U U Z Z ZU L A C A C A Cj 1 2 U 0 2 Z Z 2Z 2 R jL 1 2
若线圈的Q值很高，损耗电阻可忽略，则
U A C L U A B 2 L 0
两种情况的输出电压大小相等，方向相反，即相位差180 为了判别衔铁位移方向，就是判别信号的相位， 要在后续电路中配置相敏检波器来解决

第五章电感式传感器.ppt

第五章电感式传感器.ppt

RLu2 n1(R 2RL )
传感器衔铁下移
uL

RLu2 n1(R 2RL )
2019/10/30
39
（3）波形图
2019/10/30
相敏检波电路波形图
40
差动变压器式传感器的应用
差动变压器不仅可以直接用于位移测量， 而且还可以测量与位移有关的任何机械 量，如振动、加速度、应变、压力、张 力、比重和厚度等。
34
测量电路
差动变压器输出的是交流电压，若用交 流电压表测量，只能反映衔铁位移的大 小，而不能反映移动方向。另外，其测 量值中将包含零点残余电压。为了达到 能辨别移动方向及消除零点残余电动势 目的，实际测量时，常常采用差动整流 电路和相敏检波电路。
2019/10/30
35
1．差动整流电路
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，这样二次电压 的相位和零点残余电压都不必考虑。
2019/10/30
11
பைடு நூலகம்构
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。
2019/10/30
1—测杆 2—衔铁 3—线圈
12
特性
从输出特性曲线（如 图4-5所示）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。
输出特性曲线
2019/10/30
33
零点电势
零点残余电动势使得传感器在零点附近 的输出特性不灵敏，为测量带来误差。 为了减小零点残余电动势，可采用以下 方法。
（1）尽可能保证传感器尺寸、线圈电气 参数和磁路对称。

《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。

传感器技术——电感式传感器ppt课件优选全文


频
励频率应选得较
透
低。频率太高，
射
贯穿深度小于被
式
测厚度，不利于
进展厚度丈量，
通常选鼓励频率
为1kHz左右。
发射线圈L1和接纳线圈L2分置于被测金属板的上下方。由于低频磁场集肤 效应小，浸透深，当低频(音频范围)电压e1加到线圈L1的两端后，所产生 磁力线的一部分透过金属板，使线圈L2产生感应电动势e2。但由于涡流耗 费部分磁场能量，使感应电动势e2减少，当金属板越厚时，损耗的能量越 大，输出电动势e2越小。因此，e2的大小与金属板的厚度及资料的性质有 关。实验阐明e2随资料厚度h的添加按负指数规律减少，因此，假设金属板 资料的性质一定，那么利用e2的变化即可测厚度。
1 234
1 线圈 2 框架 3 衬套 4 支架 5 电缆 6 插头
6
5
型号
线性范围 线圈外径 分辨力
/m
/mm
/m
线性误差 （%）
使用温度 /C
CZF1-1000 1000
7
1
<3
-15+80
CZF1-3000 3000
15
3
<3
-15+80
CZF1-5000 5000
28
5
<3
-15+80
分析上表得出结论： 线圈外径与丈量范围及分辨力之间有何关系？
3 互感式传感器〔差动变压器式传感器〕
任务原理：电磁感应中的互感景象。
e12
M
di1 dt
互感M与两线圈的相对位置及周围介质的导磁才干等要 素有关，阐明两线圈之间的耦合程度。
〔一〕构造原理与等效电路
差动变压器分气隙型和螺管型两种。目前多采用螺管型差动变压器。

第六章--电感式传感器PPT课件


影响传感器精度的因素分析 一、电源电压和频率的波动影响 二、温度变化的影响 三、非线性特性的影响 四、输出电压与电源电压之间的相位差
第28页/共62页
六、零点残余电压
零点残余电压
1—理想特性曲线 2—实际特性曲线
第29页/共62页
电感式传感器的应用
1.translational or rotary motion measurement To translational motion measurement sensors: ➢Stroke:0.1 to 200 in. ➢Resolution:infinitesimal ➢Non-linearity:1% of full scale for standard units,
第22页/共62页
若 则
被Δ L测与量被与测Δ量l c也成成正正比比，。(a)
2lc
Δlc r
实际上由于磁场强度分布 不均匀，输入量与输出量
x 线圈Ⅰ
2l 0 . H（INl ）
线圈Ⅱ
之间关系非线性的。 为了提高灵敏度与线性度, 常采用差动螺管式自感传
80 . 60 . -1.2 -0.8 -0.4 40 . 2
0.02% for special units of rather long stroke ➢Sensitivity:5 to 40 V/in. To rotary motion measurement sensors: ➢Non-linearity of the order of (0.5 to 1)% of full scale
②气隙减少Δδ所引起的自感变化ΔL1与气隙增加同样Δδ 所引起的自感变化ΔL2并不相等，即ΔL1＞ΔL2，其差 值随Δlδ/lδ的增加而增大。

电感式传感器PPT课件


符号相反的变化。即一个电感量增大，另一个电感量减小。电
感的这种变化通过电桥电路转换成电压输出。由于输出电压与 被测压力之间成比例关系， 所以只要用检测仪表测量出输出电 压， 即可得知被测压力的大小。
16
互感式传感器
互感式传感器——把被测的非电量变化转换为线圈互
感变化的传感器。 互感式传感器本身是其互感系数可变的变压器，当一次
Φm

Wi Rm
式中，Wi为磁动势；Rm为磁阻。
自感：L W 2 Rm
因为气隙厚度较小，可以认为气隙磁场是均匀的，若忽
略磁路铁损，则总磁阻近似为：
2
Rm 0 A
A ：气隙的有效截面积； 0 ：真空磁导率； ：气隙厚度 4
电感量计算公式 ：
W：线圈匝数；A ：气隙的有效截面积； 0 ：真空磁导率； ：气隙厚度。
20
差动变压器的转换电路：
主要采用反串电路和电桥两种。 反串电路：反串电路是直接把两个二次线
圈反向串接。这种情况下空载输出电压等 于二次侧线圈感应电动势之差，即：

U 0 E21 E22
21
桥路:如图所示：其中R1，R2是桥臂电阻，Rw是供调零用的电位 器。设R1＝R2，则输出电压：
17
螺管式差动变压器工作原理
１-活动衔铁； ２-导磁外壳； ３-骨架； ４-匝数为W1初级绕组； ５-匝数为W2a的次级绕组； ６-匝数为W2b的次级绕组
18
工作原理
当没有位移时，衔铁C处于初始平衡位置，两线圈互感相等： M1=M2
两个次级绕组的互感电势相等，即e2a=e2b。 由于次级绕组反向串联，因此，差动变压器输出电压
的差动式电感传感器， 有ΔZ1+ΔZ2≈jω(ΔL1+ΔL2)， 则
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2
L0
0
结论：
（1）差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈式传感器的两倍。
2
3
（2）单线圈是忽略
0

以上高次项，差动式是忽略
0

以上高次项，
因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。
4.1.2 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。
1.0 H（INl ）
0.8 l
0.6 r
0.4
x
0.2
单线圈螺管型传感器
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 螺管线圈内磁场分布曲线
结论：
x（l）
1. 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。
为了提高灵敏度与线性度,常采用差动螺管式自感传感器。
结论：
1.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。 特点：
2、变压器电桥
平衡臂为变压器的两个副边，当负载阻抗为无穷大I时，流入工
作臂的电流为 I E
Z1 Z2
U SC

Z1
E Z2
Z2

E 2

E 2
Z1 Z1

Z2 Z2
E
E/2
Z1
变压器电桥的输出电压幅值
USC 2
L E RS2 2L2
E/2
Z2 USC
变压器电桥原理图
目录
本章主要内容 4.1 自感式传感器 4.1.1气隙型自感传感器 4.1.2螺管型自感传感器 4.1.3自感线圈的等效电路 4.1.4测量电路 (1)交流电桥（2）变压器电桥 4.1.5 自感式传感器的应用 4.2差动变压器 4.2.1结构原理与等效电路 4.2.2误差因素分析 4.2.3测量电路 4.2.4差动变压器的应用 （1）加速度传感器（2）微压力变送器 4.3电涡流式传感器工作原理 4.4 电感式传感器的应用 （1）位移测量（2）振动测量（3）连续油管的椭圆度测量 （4）电感式滚柱直径分选装置（5）无损探伤
差动变隙式电感传感器
当衔铁向上移动时，两个线圈的电感
变化量Δ L1、Δ L2
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
灵敏度k0为
k0

L / L0

2
0
L
4.1.3 自感线圈的等效电路
假设自感线圈为一理想纯电感，但实际传感器中包括：线圈的铜 损电阻（Rc）、铁芯的涡流损耗电阻（Re）和线圈的寄生电容 （C）。
Rc C
Re
L
自感传感器的等效电路
4. 1.4 测量电路 1、交流电桥
交流电桥是自感传感器的主要测量电路，为了提高灵敏度，改善 线性度，自感线圈一般接成差动形式，如图。Z1、Z2为工作臂， 即线圈阻抗，R1、R2为电桥的平衡臂
1
2
0.5lδ
x (a)气隙式
3 (b)变截面式
变化曲线示意图
由磁路基本知识知，线圈自感为 L N 2
Rm
N：线圈匝数；Rm：磁路总磁阻(铁芯与衔铁磁阻和空气隙磁阻) 气隙式自感传感器，因为气隙较小(lδ为0.1～1mm)，所以，认为气隙磁场是 均匀的，若忽略磁路铁损，则磁路总磁阻为
Rm

l1
优点：与电阻平衡电桥相比，元件少，输出阻抗小，桥路开路时电路呈线性； 缺点：变压器副边不接地，易引起来自原边的静电感应电压，使高增益放大器 不能工作。
4.1.5 自感式传感器的应用 1. 自感式位移传感器
1 传感器引线 2 铁心套筒 3 磁芯 4 电 感 线 圈 5 弹 簧 6 防转件 7 滚 珠 导 轨 8 测杆 9 密封件 10玛瑙测端
4.1.5 自感式传感器的应用
2.自感式压力传感器
变隙式自感压力传感器结构图
变隙差动式电感压力传感器
4.2 差动变压器
4.2.1 结构原理与等效电路 分气隙型和差动变压器两种。目前多采用螺管型差动变压器。

l
0S

简化得：
L N 20S
l
2、特性分析
L
主要特性:灵敏度和线性度。
若忽略高次项，则自感变化灵敏度为：
KL

L l

L l
1 l
1 l
r
ΔL1
L0
ΔL2
lδ
lδ0
结论：
①当气隙lδ 发生变化时，自感的变化与气隙变化均呈非线性关系，其非线性 程度随气隙相对变化Δ lδ /lδ 的增大而增加； ②气隙减少Δ lδ 所引起的自感变化Δ L1与气隙增加同样Δ lδ 所引起的自感变 化Δ L2并不相等，即Δ L1＞Δ L2，其差值随Δ lδ /lδ 的增加而增大。
本章主要内容
掌握自感式传感器的工作原理，了解其分类 掌握自感式传感器的等效电路和测量电路 熟悉差动变压器的工作原理 了解差动变压器的测量电路 了解电涡流式传感器的工作原理 熟悉电感式传感器的主要应用
4.1 自感式传感器 有气隙型和螺管型两种结构。
4.1.1气隙型自感传感器 1、工作原理 组成：线圈1，衔铁3和铁芯2等。 图中点划线表示磁路，磁路中空气隙总长度为lδ 。
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。
H（IN） 0.8 l 0.6 0.4
-1.2 -0.8 -0.4 0.2
x(l)
0.4 0.8 1.2 0.2
(a)
2lc
x 2l
线圈Ⅰ
Δlc r 线圈Ⅱ
0.4 0.6
0.8
差动螺旋管式自感传感器
(a)结构示意图
(b)磁场分布曲线
电桥平衡条件： Z1 R1 设Z1=Z2=Z=RS+jωZL2；RR12=R2=R RS1=RS2=RS； L1=L2=L E为桥路电源，ZL是负载阻抗。工作 时，Z1=Z+Δ Z和Z2=Z-Δ Z
Z1
RS1
R1
E
L1 ZL
L2 USC
Z2
RS2
R2
U SC

E
Z Z

2ZL
ZL R

Z
交流电桥原理图
1S1

l2
2S2

l
0S
l1：铁芯磁路总长；l2：衔铁的磁路长；S：隙磁通截面积； S1：铁芯横截面积；S2：衔铁横截面积；μ1：铁芯磁导率； μ2：衔铁磁导率；μ0：真空磁导率，μ0=4π×10-7H／m； lδ：空气隙总长。
L N2 N2 Rm

l1
1S1

ห้องสมุดไป่ตู้
l2
2S2