电感式传感器工作原理：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]
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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

电感式传感器工作原理：电感式传感器的工作原理

原标题：电感式传感器的工作原理

电感式传感器的工作原理：

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、开关电路以及放大输出电路。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，从而导致金属震荡器衰减，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。

由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。电感式传感器的特点是:①无活动触点、可靠度高、寿命长;②分辨率高;③灵敏度高;④线性度高、重复性好;⑤测量范围宽(测量范围大时分辨率低);⑥无输入时有零位输出电压，引起测量误差;⑦对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高;⑧不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量(如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等)的测量。常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。

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(图1)。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。

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(图2)。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。返回搜狐，查看更多

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电感式传感器工作原理：电感式传感器的工作原理_1

电感式传感器通常用于测量位置或速度，尤其是在恶劣环境中。感应位置感测中使用的术语和技术可能令人困惑。
感应式位置和速度传感器有许多形状，尺寸和设计。可以说所有电感式传感器都使用变压器原理工作，它们都使用基于交流电流的物理现象。这是迈克尔·法拉第在19世纪30年代首次观察到的，当时他发现第一个载流导体可以“诱导”电流流入第二个导体。法拉第的发现构成了现代电动机，发电机的基础，当然还有用于位置和速度测量的电感式传感器。
电感式位置和速度传感器包括简单的接近开关，可变电感传感器，可变磁阻传感器，同步器，旋转变压器，旋转和线性可变差动变压器（RVDT和LVDT），以及新一代感应编码器（有时称为扼流圈）。
电感式传感器的类型
在简单接近（或“接近”）传感器中，电源使交流电流在线圈中流动（有时称为环路，线轴或绕组）。当导电或导磁目标（例如钢盘）接近线圈时，这会改变线圈的阻抗。当阈值通过时，这充当目标接近的信号。接近传感器通常用于检测金属目标的存在或不存在，并且输出通常模拟开关。这种类型的电感式传感器通常用于传统开关可能存在问题的地方 - 特别是在存在大量污垢或水的地方。下次您登上飞机时，您会看到许多电感式接近传感器，或者在登机时看一下起落架。
可变电感传感器和可变磁阻传感器通常产生与导电或可透磁靶（通常为钢杆）相对于线圈的位移成比例的电信号。与接近传感器一样，当线圈通过交流电通电时，线圈的阻抗根据目标的位移而变化。这种传感器通常用于测量气动或液压油缸中活塞的位移。活塞可以布置成越过传感器线圈的外径。
Synchros是另一种形式的感应式位置传感器，它们测量线圈相对于彼此移动时的感应耦合。同步通常是旋转的并且需要电连接到传感器的移动和静止部分（通常称为转子和定子）。它们具有极高的精度，可用于工业计量，雷达天线和望远镜。Synchros的价格非常昂贵且越来越少见，大多数都被（无刷）旋转变压器所取代。这些是感应位置检测器的另一种形式，但电连接仅对定子上的绕组进行。
LVDT，RVDT和旋转变压器测量线圈之间电感耦合变化的位置，通常称为初级和次级绕组。传感器的初级绕组将能量耦合到次级绕组中，但耦合到每个次级绕组中的能量比率与可透磁目标的相对位移成比例地变化。在LVDT中，这通常是穿过绕组孔的金属杆。在RVDT或旋转变压器中，它通常是成形转子或极靴，其相对于围绕转子周边布置的绕组旋转。LVDT和RVDT的典型应用包括航空航天副翼，发动机和燃油系统控制中的液压伺服系统。旋转变压器的典型应用包括无刷电动机换向。
感应位置传感器的显着优点是相关的信号处理电路不需要位于传感器线圈附近。这允许传感线圈位于恶劣的环境中，否则可能会妨碍其他技术 - 例如磁传感器或光学编码器 - 因为它们需要相对精细的硅基电子设备位于传感点。
电感式传感器应用
感应式位置传感器具有长期记录，可在恶劣条件下可靠运行。因此，它们通常是安全相关，安全关键或高可靠性应用的自动选择。这种应用在军事，航空航天，铁路和重工业部门中很常见。
这种良好声誉的原因与基本物理和操作原理有关，它们通常独立于：
移动电触点温度湿度，水和冷凝污垢，油脂，砂砾和沙子等异物。
电感式传感器的优点和缺点
由于基本操作元件（缠绕线圈和金属部件）的性质，大多数感应式位置传感器非常坚固。鉴于其良好的声誉，一个显而易见的问题是“为什么电感式传感器不能更频繁地使用？” 原因是他们的身体健壮性既是力量也是弱点。电感式传感器往往精确，可靠，坚固，但体积大，体积大，重量大。对精密缠绕线圈的需求也使其生产成本高昂 - 尤其是高精度设备。除了简单的接近传感器之外，更复杂的电感式传感器对于更主流的应用来说非常昂贵。
电感式传感器相对稀缺的另一个原因是设计者难以指定。这是因为每个传感器通常需要单独指定和购买相关的AC生成和信号处理电路。反过来，这需要模拟电子学的重要技能和知识。由于年轻的工程师倾向于专注于数字电子，他们将倾向于采用替代的，更加数字化的方法。
新一代 - 感应编码器或编码器
新一代电感式传感器近年来已进入市场，并在传统和更主流的领域中享有越来越高的声誉。这种新一代的电感式传感器的通常被称为感应编码器或“INCODER”（的混合物  在 ductive和连接编码器）。该方法使用与传统设备相同的基本物理，但使用印刷电路板和现代数字电子设备，而不是笨重的变压器和模拟电子设备。该方法非常优雅，开辟了电感式传感器的应用范围，包括2D和3D传感器，短距离（<1mm）线性器件，曲线几何形状和高精度角度编码器，包括小型旋转编码器和大型旋转编码器。 PCB的使用使得传感器可以印刷到薄的柔性基板上，这也可以消除对传统电缆和连接器的需求。这种方法的灵活性 - 无论是在物理上还是从为OEM提供定制设计的能力 - 都是一个很大的优势。 与传统的电感式传感器一样，该方法可在恶劣环境中提供可靠和精确的测量。还有一些重要的优点： 降低成本提高准确性减轻重量简化机械工程，例如，根除轴承，密封件和衬套。紧凑的尺寸 - 与传统的LVDT相比，特别是行程长度。简化电气接口 - 通常是直流电源和绝对数字信号。 传统LVDT（顶部）和Zettlex线性传感器（中间）的图像。以下规模。 上图中很好地说明了这一点 - 展示了传统的150mm行程LVDT及其新一代替代品，它是为线性执行器制造商生产的。与“之前”和“之后”节食照片的相似之处显而易见。当考虑到新一代设备还包括相关的信号生成和处理电路（未示出传统的LVDT）时，这得到了加强。相比之下，Zettlex设备提供： 精度提高10倍以上重量减轻95％占用体积减少75％节省50％的成本直接生成数字数据 - 从而消除了模数转换的需要。

电感式传感器工作原理：电感式传感器的工作原理_2

硬件型号：圣亿新 CBE04电容式传感器
系统版本：传感器系统

电感式传感器（ inductance type transducer ）是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。
电感式传感器具有结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等突出的优点，特别适合用于酸类，碱类，氯化物，有机溶剂，液态CO2，氨水，PVC粉料，灰料，油水界面等液位测量，目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、粮食等行业中应用广泛。

电感式传感器由三大部分组成：振荡器、开关电路以及放大输出电路；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，从而导致金属震荡器衰减，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。