電感式傳感器

(1)變磁阻式傳感器--自感式

(2)差動(dòng)變壓器式傳感器--互感式

(3)電渦流式傳感器--電渦流式

電感式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、易實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量等突出的優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于酸類(lèi)，堿類(lèi)，氯化物，有機(jī)溶劑，液態(tài)CO2，氨水，PVC粉料，灰料，油水界面等液位測(cè)量，目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、糧食等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。

變磁阻式傳感器工作原理

如圖:

如圖:

(1)交流電橋式測(cè)量電路

(2)變壓器式測(cè)量電路

(3)諧振式測(cè)量電路

互感式傳感器--把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感變化的傳感器

差動(dòng)變壓器式傳感器--次級(jí)繞組用差動(dòng)形式

結(jié)構(gòu):變隙式、變面積式、螺線管式

優(yōu)點(diǎn):測(cè)量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠

銜鐵在平衡位置時(shí)……

活動(dòng)銜鐵向上移動(dòng)時(shí),由于磁阻的影響, w2a中磁通將大于w2b, 使M1>M2 ，……

反之……

即:當(dāng)銜鐵位移發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓會(huì)隨之發(fā)生變化

零點(diǎn)殘余電壓及補(bǔ)償

零點(diǎn)殘余電壓主要是由傳感器的兩次級(jí)繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對(duì)稱(chēng)，以及磁性材料的非線性等問(wèn)題引起的。(基波、高次諧波)

兩個(gè)目的:(1)辨別移動(dòng)方向(2)消除零點(diǎn)殘余電壓

兩種方法:(1)差動(dòng)整流電路(2)相敏檢波電路

(1)差動(dòng)整流電路

(2)相敏檢波電路

電感式傳感器--利用電磁感應(yīng)原理 將被測(cè)非電量如位移、壓力、流量、振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量的輸出。

電感式傳感器 inductance type transducer 電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測(cè)的物理量如位移，壓力，流量，振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。

如 圖:

圖中介紹的是自感式傳感器。由鐵心和線圈構(gòu)成的將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器，又稱(chēng)電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導(dǎo)磁系數(shù)都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當(dāng)把線圈接入測(cè)量電路并接通激勵(lì)電源時(shí)，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器的特點(diǎn)是:①無(wú)活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長(zhǎng);②分辨率高;③靈敏度高;④線性度高、重復(fù)性好;⑤測(cè)量范圍寬(測(cè)量范圍大時(shí)分辨率低);⑥無(wú)輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測(cè)量誤差;⑦對(duì)激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高;⑧不適用于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。電感式傳感器主要用于位移測(cè)量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機(jī)械量(如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動(dòng)、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等)的測(cè)量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實(shí)際應(yīng)用中，這三種傳感器多制成差動(dòng)式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。

變間隙型電感傳感器 這種傳感器的氣隙δ隨被測(cè)量的變化而改變,從而改變磁阻(圖1)。它的靈敏度和非線性都隨氣隙的增大而減小，因此常常要考慮兩者兼顧。δ一般取在0.1~0.5毫米之間。

變面積型電感傳感器 這種傳感器的鐵芯和銜鐵之間的相對(duì)覆蓋面積(即磁通截面)隨被測(cè)量的變化而改變,從而改變磁阻(圖2)。它的靈敏度為常數(shù)，線性度也很好。

螺管插鐵型電感傳感器 它由螺管線圈和與被測(cè)物體相連的柱型銜鐵構(gòu)成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。銜鐵隨被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)改變了線圈的電感量。這種傳感器的量程大，靈敏度低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作。

電感式傳感器具有以下特點(diǎn):

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳感器無(wú)活動(dòng)電觸點(diǎn)，因此工作可靠壽命長(zhǎng)。

(2)靈敏度和分辨力高，能測(cè)出0.01微米的位移變化。傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達(dá)數(shù)百毫伏的輸出。

(3)線性度和重復(fù)性都比較好，在一定位移范圍(幾十微米至數(shù)毫米)內(nèi)，傳感器非線性誤差可達(dá)0.05%~0.1%。同時(shí)，這種傳感器能實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中廣泛被采用。但不足的是，它有頻率響應(yīng)較低，不宜快速動(dòng)態(tài)測(cè)控等缺點(diǎn)。

電感式傳感器種類(lèi)很多，常見(jiàn)的有自感式，互感式和渦流式三種。

電渦流效應(yīng)--塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí), 導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流。

如圖:

(1)電渦流徑向形成的范圍大約在傳感器線圈外徑ras的1.8~2.5 倍范圍內(nèi), 且分布不均勻

(2)電渦流密度在短路環(huán)半徑r=0處為零

(3)電渦流的最大值在r=ras附近的一個(gè)狹窄區(qū)域內(nèi)

(4)可以用一個(gè)平均半徑為ras(ras=(ri+ra)/2)的短路環(huán)來(lái)集中表示分散的電渦流(圖中陰影部分)

(1)電渦強(qiáng)度與距離x呈非線性關(guān)系, 且隨著x/ras的增加而迅速減小。 ?

(2)當(dāng)利用電渦流式傳感器測(cè)量位移時(shí), 只有在x/ras <<1(一般取 0.05~0.15)的范圍才能得到較好的線性和較高的靈敏度

如圖:

如圖:

1、檢測(cè)距離的衰減性?；N為鐵質(zhì)，適合電感式傳感器檢測(cè);而滑翹被測(cè)部分的尺寸略小于標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物尺寸(標(biāo)準(zhǔn)被測(cè)物尺寸為3倍額定檢測(cè)距離，此應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)尺寸應(yīng)為120*120mm)，這樣的話就會(huì)有一定的衰減。

2、現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力。這個(gè)是不容忽視的問(wèn)題，普通電感式傳感器容易被電機(jī)或變頻器干擾，很多技術(shù)人員只對(duì)在此附近的應(yīng)用選擇相應(yīng)強(qiáng)抗電磁干擾的傳感器。但在汽車(chē)制造車(chē)間，廠房大，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員習(xí)慣使用對(duì)講機(jī)溝通，尤其是邊走邊用對(duì)講機(jī)對(duì)話時(shí)，會(huì)不經(jīng)意的靠近傳感器，導(dǎo)致短暫失效。

3、安裝方面。隨著電感式傳感器的普及，傳感器不僅僅在電氣性能方面有所提升，其機(jī)械方面的設(shè)計(jì)也越來(lái)越人性化。要在最大程度的實(shí)現(xiàn)人性化安裝。減少了多種近似產(chǎn)品的備貨和減少了安裝、維護(hù)的時(shí)間。

4、穩(wěn)定運(yùn)行的保障。在車(chē)廠的使用中，要杜絕任何油污、塵污的侵蝕。另外，滑翹經(jīng)過(guò)軌道時(shí)，震動(dòng)是長(zhǎng)期存在的，優(yōu)異的抗震動(dòng)性同樣是有著非常重要的作用。

1、檢測(cè)距離的衰減性。滑翹為鐵質(zhì)，適合電感式傳感器檢測(cè);而滑翹被測(cè)部分的尺寸略小于標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物尺寸(標(biāo)準(zhǔn)被測(cè)物尺寸為3倍額定檢測(cè)距離，此應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)尺寸應(yīng)為120*120mm)，這樣的話就會(huì)有一定的衰減。

2、現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力。這個(gè)是不容忽視的問(wèn)題，普通電感式傳感器容易被電機(jī)或變頻器干擾，很多技術(shù)人員只對(duì)在此附近的應(yīng)用選擇相應(yīng)強(qiáng)抗電磁干擾的傳感器。但在汽車(chē)制造車(chē)間，廠房大，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員習(xí)慣使用對(duì)講機(jī)溝通，尤其是邊走邊用對(duì)講機(jī)對(duì)話時(shí)，會(huì)不經(jīng)意的靠近傳感器，導(dǎo)致短暫失效。

3、安裝方面。隨著電感式傳感器的普及，傳感器不僅僅在電氣性能方面有所提升，其機(jī)械方面的設(shè)計(jì)也越來(lái)越人性化。要在最大程度的實(shí)現(xiàn)人性化安裝。減少了多種近似產(chǎn)品的備貨和減少了安裝、維護(hù)的時(shí)間。

4、穩(wěn)定運(yùn)行的保障。在車(chē)廠的使用中，要杜絕任何油污、塵污的侵蝕。另外，滑翹經(jīng)過(guò)軌道時(shí)，震動(dòng)是長(zhǎng)期存在的，優(yōu)異的抗震動(dòng)性同樣是有著非常重要的作用。

對(duì)于電感式傳感器，大家都不會(huì)陌生，是用于近距離定位金屬物體的通用方式。因?yàn)橹饕峭ㄟ^(guò)霍爾效應(yīng)來(lái)完成檢測(cè)，所以也稱(chēng)為霍爾傳感器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由兩部分構(gòu)成:前端由纏繞著發(fā)射、接收線圈的鐵芯構(gòu)成檢測(cè)部分;后端為電路部分，整體封裝在塑料或金屬外殼中。工作時(shí)，電磁鐵芯部分發(fā)生交變磁場(chǎng)，對(duì)靠近的金屬物體表面產(chǎn)生渦流效應(yīng)，從而削弱LC震蕩電路，放大電路部分分析電磁鐵芯接收線圈的微弱LC震蕩電路變化，并給予相應(yīng)的輸出。

不同外形尺寸，其額定檢測(cè)距離一般至多到100mm。通常狀態(tài)下，各廠家對(duì)于其標(biāo)稱(chēng)的檢測(cè)距離為在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)得的額定檢測(cè)距離。實(shí)際應(yīng)用中，考慮到各方面的環(huán)境因素，其可靠檢測(cè)距離約為額定檢測(cè)距離的80%，但對(duì)于被測(cè)物是有一定要求的。由于應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的被測(cè)物材料的導(dǎo)磁性和尺寸大小，一般情況下達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)被測(cè)物的要求，那么傳感器的檢測(cè)距離會(huì)進(jìn)一步的衰減，這也就是很多用戶(hù)感覺(jué)電感傳感器的檢測(cè)距離比廠家標(biāo)稱(chēng)的小很多的原因。在這種非標(biāo)檢測(cè)的情況下，各廠家及其不同系列產(chǎn)品的差異較大。另外，更深入的講，在抗電磁干擾性、環(huán)境溫度、電壓擾動(dòng)以及安裝要求等方面，都存在著差異。

選擇合適的傳感器，會(huì)大幅提升設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性，也最大的可能性減少傳感器的失效或損毀，減少不必要的維護(hù)投入。汽車(chē)制造業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，大量使用電感式傳感器作為定位檢測(cè)，如何針對(duì)此行業(yè)選擇最適合的產(chǎn)品，顯得尤為重要。

6.1 氣測(cè)式位置傳感器

6.2 放大器

6.3 電感式傳感器

6.4 光電式傳感器

6.5 轉(zhuǎn)換器

6.6 壓力傳感器