电感位移传感器原理：位移传感器工作原理原理解析

位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。
位移传感器特性参数
标称阻值：电位器上面所标示的阻值。
重复精度：此参数越小越好。
分辨率：位移传感器所能反馈的最小位移数值。此参数越小越好。导电塑料位移传感器分辨率为无穷小。

允许误差：标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差，它表示电位器的精度。允许误差一般只要在±20%以内就符合要求，因为一般位移传感器是以分压的方式来使用，具体电阻的大小对传感器的数据采集没有影响。
线性精度：直线性误差。此参数越小越好。
寿命：导电塑料位移传感器都在200万次以上。
位移传感器分类
位移传感器具有数字化、精度高、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，得到广泛的应用。它主要分为以下几类：
直线位移传感器：其功能在于把直线机械位移量转换成电信号。为了达到这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。

霍耳式位移传感器：它的测量原理是保持霍耳元件的激励电流不变，并使其在一个梯度均匀的磁场中移动，则所移动的位移正比于输出的霍耳电势。
光电式位移传感器：它根据被测对象阻挡光通量的多少来测量对象的位移或几何尺寸。特点是属于非接触式测量，并可进行连续测量。
位移传感器工作原理
它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。

电感位移传感器原理：电感式传感器

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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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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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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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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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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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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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(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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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

电感位移传感器原理：电感式传感器工作原理

1
．

电感式传感器工作原理

电感式传感器由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场。当金
属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。
振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接
触式之检测目的。

2
．

2
．

传感器选型指南

选择的依据是要决定哪一个是合适的传感器原理。这取决于将要测定的目标的材料。

如果目标是金属的，那么需要一个电感传感器。

如果目标是塑料做的，纸做的；或（油基或水基）流体、颗粒、或者粉末，那么需要一个电容传感器。

如果目标带有磁性，那么电磁传感器是合适的。

为你的应用选择最佳传感器的
4
个步骤：

步骤
1
按外壳形状

步骤
2
按动作距离

步骤
3
按电气数据和输出形式

步骤
4
按其它技术参数

步骤
1
按外壳形状

圆柱形传感器

这此传感器在它们的正面有一个感应区域，
指向轴线方向。
现有的直径是从
3mm(
没有螺纹
)
和
4mm(
有
螺纹
)
，一直到
//
现有的罩壳材料有：

★

高级不锈钢

★

黄铜，镀镍或者复盖聚四氟乙稀

★

塑料

矩形传感器

槽型传感器

步骤
2
按动作距离

动作距离是一个接近开关的最重的特征。根据物理原理，对于电感传感器和电容传感器，可以应用下
面的近似公式：

S≤D/2

式中，
D
是传感器的传感面直径。

S
是传感器的动作距离

动作距离的定义

当用标准测试板轴向接近开关感应面，使开关输出信号发生变化时测量的开关感应面和测试板之间的
距离。

标准测试板尺寸：

其边长或为传感器的直径，或为
3Sn
（
3
倍额定动作距离）取二者中较大者，厚度为
1mm
材料：为
ST37
或碳钢

例如：传感器直径为
D=18mm
Sn=5mm
则
D
（
18mm
）
>3Sn(3X5mm=15mm)
取
18X18X1
为标准测试板

如直径为
D=18mm
Sn=8mm
则
D(18mm)<3Sn(3X8=24mm) 则 D （ 18mm ） <3Sn(3X8=24mm)

电感位移传感器原理：电感式位移传感器的工作原理

位移传感器又称为线性传感器，它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器，我厂所生产的是电感式位移传感器。
该位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。
该位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。
本厂的位移传感器在设计和制造上均按标准工艺严格生产，产品一律使用树脂封装完整，在出厂前均已通过检验、老化测试，使可靠性和工作寿命得到充分保障