电感测量传感器：怎么提高电感传感器测量的灵敏度？

1、改进后电路的模型建立
1．1半桥式改进电路
如果没有C1和C2为普通半桥电路，虚线框中为电感传感器的等效电路，传感器测头的位移带动螺线管中铁芯上下移动，从而改变上下两个线圈的电感值。将两线圈等效成纯电阻和纯电感的串联，如图中R1和L1组成上线圈，R2和L2组成下线圈，输出接在上线圈上。实际传感器中线圈与输出的接线不会变，只是通过铁芯移动来改变电感，所以R1和R2固定不变。输出电压
在上下两个线圈并联电容C1和C2后，分别形成了谐振回路I和回路II。如果铁芯在最下方时：回路II谐振，回路I失谐。当铁芯在最上方时：回路I谐振，回路II失谐。由于谐振电路在谐振时的阻抗会远大于失谐时的阻抗。可以定性地得出，铁芯在最下方时Uout的幅值会比没有电容小，在最上方时会比没有电容时大，所以灵敏度会增大。但在最下方和最上方中间的变化情况，以及它的线性度则需要后边仿真来确定。输出电压
1．2全桥式改进电路
普通全桥电路图2(a)，传感器上下两线圈分别与匹配电阻R3和R4相连，在L1=L2时电桥平衡，当向上发生△X的位移时，铁芯上移，L1增大△L，L2减小△L，Uout的变化会比半桥方式增加近两倍，输出电对上下两线圈分别采用并联和串联电容C1和C2的方式，形成谐振回路I和回路II，通过后续仿真观察这两种方式电路性能的变化情况。输出电压
2、电路的仿真
2．1仿真平台及仿真条件
仿真平台使用Multisim，它是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟／数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有庞大的元器件库和全面的仪器仪表库和丰富的仿真分析能力。采用它来对改进前后的电路进行仿真。
在仿真之前，先结合工程实际情况对仿真条件进行一些设定：
(1)激励电源：频率为7．5kHz，峰峰值为5V的交流电。
(2)传感器：总电感值为10mH差动电感传感器，线性范围为3～7mH，电感的自身的电阻值为54Ω。
如上文所述R1和R2固定不变，所以R1和R2为27Ω。而对应的纯电感L1和L2，会随着位移线行变化，满足L1 L2=10mH(3<l1<7，3<l2<7)。 2．2仿真过程及结果="" 对于半桥时电路ii由于希望铁芯在最下方时回路ii谐振，最上方时回路i谐振，因为l1和l2的变化范围为3～7mh。l2为7mh时回路ii谐振，l1为7mh时回路i谐振。按照仿真条件计算c1="C2=65nF。简化仿真不妨取C1=C2，在65nF附近从55～100nF间隔5nF进行仿真，观察电路性能，仿真结果如图3所示。" 可以看出不同的电容值对电路的性能影响很大，如果选择不恰当，反而会使系统性能下降。只有选择适当容量的电容大小才能使测量灵敏度提高，同时保持尽量小的线性误差。所以选取曲线在l1="3～7mH段时，灵敏度最高，线性度最好，进行最小二乘计算，它与普通半桥的对比如图4所示。" 经matlab计算普通半桥在3～7mh段，电压变化范围1．5～3．5v，电压对电感的灵敏度为0．5v／mh。线性度近似为1。对图4(b)采用最小二乘法拟合直线后，在3．8～6．3mh段，输出电压的变化范围0．77～4．39v。线性度可达2．39％，灵敏度为1．448v／mh。="" 对全桥电路的仿真与半桥的方法类似，需要注意的是希望电桥在l1="L2=5mL时平衡，所以对于匹配电阻的选取需要根据仿真条件计算" 对于电路i：r3="R4=|jw×0．005" r1|="237Ω；电路II：R3=R4=|(jwL" r1)∥(1／jwc1)|="817Ω；电路III：R3=R4=|jwL" r1="" (1／jwc1)|="98Ω。" 对于使用电容的电路，同样对不同的电容值条件下的电路进行仿真，选出性能最好的如图5所示。="" 普通全桥在3．8～6．3mh段，电压变化范围为-1．2～="" 1．3v，电压对电感的灵敏度为1v／mh。线性度近似为1．38。对图5(b)和图5(c)使用matlab进行最小拟合直线如图所示，在3．8～6．3mh段，并联方式输出电压的变化范围为-2．66～="" 2．66v，灵敏度为2．130v／mh线性度可达1．68％。串联方式的输出电压范围约为-1．25～="" 1．25v，灵敏度约为2．130v／mh线性度可达1．33％。="" 更多内容：=""

原标题：电感式传感器

电流传感器是被广泛用于的一种电磁机械式传感器，它除可直接用于测量直线位移、角位移的静态的动态量外，还可以它为基础，做很多种用途的传感器，用以测量力，压力、转矩等。

电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感，在被测量转换成线圈自感或互感的变化时，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。这类传感器的主要特征是具有线圈。

电感式传感器具有以下优点:结构简单可靠，输出功率大，抗干扰能力强，对工作环境要求不高，分辨力较高(如在测量长度时一般可达0.1 μm),示值误差一般为示值范围的0. 1%~0.5%，稳定性好。它的缺点是频率响应低，不宜用于快速动态测量。一般说来，电感式传感器的分辨力和示值误差与示值范围有关。示值范围大时，分辨力和示值精度将相应降低。电感式传感器种类很多，有利用自感原理做成的自感式传感器(通常称电感式传感器)和利用互感原理做成的差分变压器式传感器。此外，还有利用涡流原理做成的涡流式传感器、利用压磁原理做成的压磁式传感器和利用互感原理做成的感应同步器等。

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电感测量传感器：电感式传感器_1

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电感式传感器
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电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置。利用电感式传感器，能对位移、压力、振动、应变、流量等参数进行测量。它具有结构简单、灵敏度高、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强及测量精度高等一系列优点，因此在机电控制系统中得到广泛的应用。它的主要缺点是响应较慢，不宜于快速动态测量，而且传感器的分辨率与测量范围有关，测量范围大，分辨率低，反之则高。
[1]
中文名
电感式传感器
外文名
Inductance Type Transducer
应用学科
物理
自感式
变磁阻式传感器
互感式
差动变压器式传感器
目录
1
装置简介
2
工作原理
3
装置分类
4
装置应用
5
优缺点
6
产品选购
7
产品要求
电感式传感器装置简介
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语音
电感式传感器利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、 振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化, 再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。电感式传感器具有结构简单, 工作可靠, 测量精度高, 零点稳定, 输出功率较大等一系列优点, 其主要缺点是灵敏度、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。电感式传感器种类很多，常见的有自感式传感器，互感式传感器和电涡流式传感器三种。
电感式传感器工作原理
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语音
电感式传感器的工作原理是电磁感应。它是把被测量如位移等，转换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
[2]
。变磁阻式传感器
图1
当一个线圈中电流i变化时，该电流产生的磁通Φ也随之变化，因而在线圈本身产生感应电势e，这种现象称之为自感。产生的感应电势称为自感电势。变磁阻式传感器的结构如图1所示。它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，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。特点：变磁阻式传感器具有很高的灵敏度，这样对待测信号的放大倍数要求低。但是受气隙δ宽度的影响，该类传感器的测量范围很小。可变磁阻式传感器自感自感L与气隙δ成反比，而与气隙导磁截面积S0成正比。灵敏度S与气隙长度δ的平方成反比，δ愈小，灵敏度S愈高。为了减小非线性误差，在实际应用中，一般取。这种传感器适用于较小位移的测量，一般约为0.001～1 mm。差动变压器式传感器互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。差动变压器式传感器输出的电压是交流量，如用交流电压表指示，则输出值只能反应铁芯位移的大小，而不能反应移动的极性；同时，交流电压输出存在一定的零点残余电压，使活动衔铁位于中间位置时，输出也不为零。因此，差动变压器式传感器的后接电路应采用既能反应铁芯位移极性，又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。
图2
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较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等。变隙式传感器的结构原理如图2所示。图2中r1a与L1a , r1b与L1b , r2a与L2a , r2b与L2b，分别为W1a , W1b , W2a, W2b绕阻的直流电阻与电感。电涡流式传感器
图3
金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中旋涡一样在导体转圈，这种现象称为涡流效应。电涡流式传感器结构示意图如图3所示。 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。
电感式传感器装置分类
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语音
电感式传感器分为 3 种类型：改变气隙厚度 δ 的自感传感 器，即变间隙式电感传感；改变气隙截面 S 的自感传感器，即 变截面式电感传感器；同时改变气隙厚度 δ 和气隙截面 S 的自 感传感器，即螺管式电感传感器。变间隙型电感传感器这种传感器的气隙 δ 随被测量的变 化而改变，从而改变磁阻。 它的灵敏度和非线性都随气隙的增 大而减小，因此常常要考虑两者兼顾． δ 一般取在 0． 1 ～ 0． 5 毫 米之间。改变面积型电感传感器这种传感器的铁芯和衔铁之间的 相对覆盖面积( 即磁通截面) 随被测量的变化而改变，从而改 变磁阻． 它的灵敏度为常数，线性度也很好。 螺管插铁型电感传感器。 它由螺管线圈和与被测物体相连 的柱型衔铁构成。其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻 的变化。 衔铁随被测物体移动时改变了线圈的电感量。这种传 感器的量程大，灵敏度低，结构简单，便于制作。螺管插铁型电感传感器它由螺管线圈和与被测物体相连的柱型衔铁构成。其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化。衔铁随被测物体移动时改变了线圈的电感量。这种传感器的量程大，灵敏度低，结构简单，便于制作。
电感式传感器装置应用
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语音
传感器作为采集和获取信息的工具，对系统的自动化检测和质量监测起着重要作用。电感式传感器是一种互感式电感传感器，它可将微小的机械量，如位移、振动、压力造成的长度、内径、外径、不平行度、不垂直度、偏心、椭圆度等非电量物理量的几何变化转换为电信号的微小变化，转化为电参数进行测量，是一种灵敏度较高的传感器，具有结构简单可靠、输出功率大、抗阻抗能力强、对工作环境要求不高、稳定性好等一系列优点，因而被广泛应用于各种工程物理量检测与自动控制系统中
[3]
。比如:用电感式位移传感器提高轴承制造的精度；用电感测微仪测量微小精密尺寸的变化；实现液压阀开口位置的精准测量；用于设计智能纺织品的柔性传感器；用电感传感器原理的孔径锥度误差测量仪；用电感传感器检测润滑油中磨粒；用电感传感器监测吊具导向轮等等
[4]
。电感传感器还可用作磁敏速度开关、齿轮龄条测速等，该类传感器广泛应用于纺织、化纤、机床、机械、冶金、机车汽车等行业的链轮齿速度检测，链 输送带的速度和距离检测，齿轮龄计数转速表及汽车防护系统的控制等。另外该类传感器还可用在给料管系统中小物体检测、物体喷出控制、断线监测、小零件区 分、厚度检测和位置控制等。电感式位移传感器利用导线制成特定的线圈绕组，根据其位移量的变化而使绕组线圈的白感量或是互感量发生变化来进行位移测量，因此根据其转换原理电感式位移传感器可分为自感型和互感型两大类。电感式位移传感器是一种机电转换装置，在现代工业生产科科学技术上，尤其是在白动控制系统、机械加工与测量行业中应用十分广泛
[5]
。
电感式传感器优缺点
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语音
电感式传感器的主要优点是：(1) 结构简单，可靠；(2) 灵敏度高，最高分辨力达0.1μm ；(3) 测量精确度高，输出线性度可达±0.1% ；(4) 输出功率较大，在某些情况下可不经放大，直接接二次仪表。其缺点是：(1) 传感器本身的频率响应不高，不适于快速动态测量；(2) 对激磁电源的频率和幅度的稳定度要求较高;(3) 传感器分辨力与测量范围有关，测量范围大，分辨力低，反之则高。
电感式传感器产品选购
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语音
(1) 方案选择在选择方案之前应首先弄清给定的技术指标，如示值范围、示值误差、分辨力、重复性误差、时漂、温漂、使用环境等。(2) 铁心材料的选择铁心材料选择的主要依据是要具有较高的导磁系数，较高的饱和磁感应强度和较小的磁滞损耗，剩磁 和矫顽磁力 都要小。另外，还要求电阻率大，居里点温度高，磁性能稳定，便于加工等。常用导磁材料有铁氧体、铁镍合金、硅钢片和纯铁。(3)电源频率的选择提高电源频率有下列优点：能提高线圈的品质因数；灵敏度有一定的提高；适当提高频率还有利于放大器的设计。但是，过高的电源频率也会带来缺点，如铁心涡流损耗增加；导线的集肤效应等会使灵敏度减低；增加寄生电容（包括线圈匝间电容）以及外界干扰的影响。
电感式传感器产品要求
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语音
1、检测距离的衰减性。滑翘为铁质，适合电感式传感器检测；而滑翘被测部分的尺寸略小于标准检测物尺寸（标准被测物尺寸为3倍额定检测距离，此应用中，标准尺寸应为120*120mm），这样的话就会有一定的衰减。2、现场抗干扰能力。这个是不容忽视的问题，普通电感式传感器容易被电机或变频器干扰，很多技术人员只对在此附近的应用选择相应强抗电磁干扰的传感器。但在汽车制造车间，厂房大，现场技术人员习惯使用对讲机沟通，尤其是边走边用对讲机对话时，会不经意的靠近传感器，导致短暂失效。3、安装方面。随着电感式传感器的普及，传感器不仅仅在电气性能方面有所提升，其机械方面的设计也越来越人性化。要在最大程度的实现人性化安装。减少了多种近似产品的备货和减少了安装、维护的时间。4、稳定运行的保障。在车厂的使用中，要杜绝任何油污、尘污的侵蚀。另外，滑翘经过轨道时，震动是长期存在的，优异的抗震动性同样是有着非常重要的作用
[6]
。
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电感式传感器具有哪些显著特点？
电感式传感器是利用线圈自感或互感的改变来实现测量的一种装置，被大量应用在各行各业，特别是机床行业和汽车制造等行业。电感式传感器通常由振荡器、开关电路及放大输出电路三大部分组成。其结构简单，无活动电触点，工作寿命长，而且灵敏度和分辨力高，输出信号强。线性度和重复性都比较好，能...
2020-11-200
长江传感
上海长江电气设备集团有限公司官方帐号
电感式传感器在数控切割机中割炬定位及防碰撞保护的应用
数控切割机是工业领域在生产制造过程中的重要设备，更是型钢、钢板及钢管热切割中的必要工序。从早期替代手工下料，到现在完全依赖数控切割机。这类技术的发展为机械、冶金、化工、造船和桥梁等行业带来了巨大的生产力，如今已很难想象没有数控切割机的场景。伴随着工业自动化不断的发展，等离子...
2020-10-231
参考资料
1.

祝诗平．传感器与检测技术：北京大学出版社，中国林业出版社，2006年：114
2.

电感式传感器原理
．大比特商务网[引用日期2015-06-30]
3.

电感式传感器应用于自动化生产线
．中国移动物联网[引用日期2013-06-21]
4.

陈宏. 电感式传感器最佳工作条件[J]. 实验室研究与探索,2016,03:32-36+55.
5.

秦亮亮. 开关电感式位移传感器的研究与设计[D].东北农业大学,2013.
6.

陈杰．传感器与检测技术：高等教育出版社，2002.8：45

电感测量传感器：电感式传感器的功能及测量原理

电感式传感器应用的理论基础是电磁感应，
即利用线圈电感或互感的改变来
实现非电量测量。依据电磁感应的原理，把被测物理量变化转换为自感系数
L
或互感系数
M
的变换。前者称为自感式传感器，后者称为互感式传感器或变压
器式传感器。

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?
电感式传感器具有结构简单可靠、分辨率高、零点漂移小、线性度好、性能
稳定、抗冲击等优点。主要缺点是灵敏度、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。在工业自动化中，广泛应用于位移、
压力、流量等方面的测量。

?
?
电感式传感器的种类很多，
根据工作原理的不同，
可分为变磁阻式、
变气隙
式（自感式），变压器式和涡流式（互感式）等种类。

?
?
M. Faraday
在其提出的电磁感应定律（
1831
年）指出，当一个线圈中电流
i
变化时，该电流产生的磁通量
Φ
也随之变化，因而在线圈绕组产生感应电势
e
，

这种现象称为自感，
产生的感应电势称为自感电势。
变磁阻式传感器属于自感式
传感器。这种形式的电感传感器也称为变气隙式电感传感器。

?
?
它由线圈、铁芯和衔铁

3
部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或其
他合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为
δ
，被测部件与衔铁相连。
当被测部件移动时，就引起衔铁移

动，气隙厚度
δ
随之发生改变，引起磁路中
磁阻的变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出电感量的变化，
就能确定衔铁位移量的大小和方向，也就

实现了对被测部件的测量。

?
?
差动变隙式电感传感器由两个相同的电感线圈和磁路组成。
测量时，
衔铁与被测物体相
连，
当被测物体上下移动时，
带动衔铁以相同的位移上下移动，
两个磁回路的磁阻发生大小
相等、
方向相反的变化，
一个线圈的电感量增加，
另一个线圈的电感量减小，
形成差动结构。
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