電感式傳感器論文

鄭州華信學(xué)院3::::院級(jí)名號(hào)件學(xué)班姓學(xué)課傳感器與檢測(cè)技術(shù)電感式傳感器摘要利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量如位移、壓力、流量、振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈自感量L或互感量M的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，這種裝置稱為電感式傳感器。電感式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，測(cè)量精度高，零點(diǎn)穩(wěn)定，輸出功率較大等一系列優(yōu)點(diǎn),其主要缺點(diǎn)是靈敏度、線性度和測(cè)量范圍相互制約，傳感器自身頻率響應(yīng)低，不適用于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。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，在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中被廣泛采用。電感式傳感器種類很多，本章主要介紹自感式、互感式和電渦流式三種傳感器。關(guān)鍵詞：性能原理優(yōu)/缺點(diǎn)種類正文：1、電感式傳感器NJ性能說明電感式傳感器最重要的元件（除控制接口單元與輸出級(jí)以外）是一個(gè)LC振蕩器。決定振蕩頻率的元件由一個(gè)平行諧振電路組成。當(dāng)金屬物體進(jìn)入線圈交變磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，諧振電路中的能量減少。能量的額外損耗導(dǎo)致線圈的品質(zhì)因數(shù)降低，從而降低了電流消耗。對(duì)于黑色（鐵的）及有色（非鐵的）金屬而言，損失的能量會(huì)在金屬體內(nèi)部產(chǎn)生渦電流。磁鐵也會(huì)造成能量損失。由于在非金屬體內(nèi)不能產(chǎn)生渦電流，也就不會(huì)產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，從而傳感器線圈的品質(zhì)因素及電流消耗保持不變，所以非金屬體不能被檢測(cè)。2、工作原理及應(yīng)用電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的一種裝置，可以用來(lái)測(cè)量位移、振動(dòng)、壓力、流量、重量、力矩和應(yīng)變等多種物理量。電感式傳感器的核心部分是可變自感或可變互感，在被測(cè)量轉(zhuǎn)換成線圈自感或互感的變化時(shí)，一般要利用磁場(chǎng)作為媒介或利用鐵磁體的某些現(xiàn)象。這類傳感器的主要特征是具有繞組。自感式電感傳感器原理與運(yùn)用自感式傳感器是由鐵心和線圈構(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（圖2）這種傳感器的氣隙6隨被測(cè)量的變化而改變,從而改變磁阻。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。6一般取在0.1?0.5毫米之間。線圈電感量可用公式L=N2/Rm，計(jì)算式中N是線圈匝數(shù)，

Rm為磁路總磁阻。對(duì)于變間隙式電感傳感器，如忽略磁路鐵損，則磁路總磁阻為Rm=L1/U1A+L2/U2A+26/U0A,線圈電感值可近似表示為L(zhǎng)=N2UOA/25變面積型電感傳感器(圖2)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。它的靈敏度為常數(shù)，線性度也很好。其線圈電感量也為L(zhǎng)=N2UOA/25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。線圈電感量L與銜鐵進(jìn)入圈數(shù)的長(zhǎng)度la的關(guān)系可表示為L(zhǎng)=4n2N2/l2[lr2+(Um-1)ra2]，其中r為線圈平均半徑，ra為銜鐵半徑，Um為鐵心有效磁導(dǎo)率。自感式電感傳感器實(shí)現(xiàn)了把測(cè)量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)樽愿械淖兓?，為測(cè)量出自感的變化，同時(shí)也為了送入下線電路進(jìn)行放大和處理，就要用轉(zhuǎn)換電路把自感轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。一般可將自感變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?電流)的幅值、頻率、相位的變化，它們分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相電路，在自感式傳感器中一般采用調(diào)幅電路，調(diào)幅電路主要形式有變壓器電橋和交流電橋。自感式傳感器的應(yīng)用很廣泛，它不僅可直接用于測(cè)量位移，還可以用于測(cè)量振動(dòng)、應(yīng)變、厚度、壓力、流量、液位等非電量。1更何章型電感」1更何章型電感」1r/Ir悖城券的站抑匚II/]I加歇繾圈怏芯街銖U02史面理型電期件感器的站刷3、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，輸出功率大，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)工作環(huán)境要求不高，分辨力較高(如在測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)一般可達(dá)0.1U微米)，示值誤差一般為示值范圍的0.1%?0.5%，穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)頻率響應(yīng)低，不宜用于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。一般來(lái)說，電感式傳感器的和示值范圍有關(guān)。示值范圍大時(shí)，分辨力和示值精度將相應(yīng)降低。4、電感式傳感器的種類電感式傳感器種類很多，有利用自感原理的自感式傳感器，有利用互感原理的差動(dòng)變壓器式傳感器。此外，還有利用渦流原理的渦流式傳感器，利用壓磁原理的壓磁式傳感器和利用互感原理的感應(yīng)同步等。(1)自感式電感傳感自感式電感傳感器屬于電感式傳感器的一種。它是利用線圈自感量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的，它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)被測(cè)量變化時(shí)，使銜鐵產(chǎn)生位移，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感量變化，因此只要能測(cè)出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向自感式電感傳感器在測(cè)量位移和尺寸領(lǐng)域的應(yīng)用，具有代表性的便是電感測(cè)厚儀。通過將測(cè)微螺稈4調(diào)節(jié)到給定厚度值，該厚度值可由度盤讀出。被測(cè)帶2在上下測(cè)量滾輪之間通過，通過杠桿使鐵芯上下移動(dòng)，從而改變線圈電感的變化則由相應(yīng)的電橋電路測(cè)出，測(cè)出帶材厚度的偏差值。此外變氣隙型電感式尺寸傳感器、螺管型軸向式電感傳感器都可以實(shí)現(xiàn)位移和尺寸的測(cè)量。變氣隙型電感式尺寸傳感器殼體內(nèi)兩個(gè)平彈簧上懸掛著導(dǎo)磁體，導(dǎo)磁體可以通過微調(diào)螺釘1相對(duì)于傳感器殼體移動(dòng)。螺管型軸向式電感傳感器，可換測(cè)頭通過螺桿擰在測(cè)桿上，測(cè)桿可在滾珠導(dǎo)軌上作軸向移動(dòng)，滾珠有四排，每排物，尺寸和形狀誤差都小于0.6um。一般這類型傳感器被用做精密量?jī)x的部件，如高精度的電感比較儀等?？梢宰鳛檩S承滾動(dòng)體自動(dòng)分選機(jī)的主要測(cè)量部件，用來(lái)測(cè)量各種滾動(dòng)體的尺寸和形狀，零件的膨脹、伸長(zhǎng)和應(yīng)變等。變壓器式傳感器。變壓器式傳感器工作原理：變壓器式傳感器是將非電量轉(zhuǎn)換為線圈間互感的一種磁電動(dòng)機(jī)構(gòu)，很像變壓器的工作原理，因此常稱其為變壓器式傳感器。這種傳感器多采用差動(dòng)模式。電渦流式傳感器我們知道，通過金屬導(dǎo)體中的磁通發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流的流線在金屬體內(nèi)自行閉合，通常就稱它為電渦流。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場(chǎng)能量，從而使產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈阻抗發(fā)生變化，電渦流式傳感器就是基于這種電渦流效應(yīng)。這種傳感器不但具有測(cè)量范圍大、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)的影響，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便等特點(diǎn)，而且又具有非接觸測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。后記隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，信息技術(shù)之間、信息技術(shù)和其它技術(shù)之間的相互滲透日益增加，物聯(lián)網(wǎng)的興起將是信息技術(shù)高速發(fā)