電感傳感器的工作原理：電感傳感器工作原理
電感式傳感器的工作原理是電磁感應(yīng)，利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)，把被測(cè)量如位移、壓力、振動(dòng)、應(yīng)變、流量等參數(shù)轉(zhuǎn)換為電感量變化。 電感式傳感器分為3種類型： 1、改變氣隙厚度δ的自感傳感器，即變間隙式電感傳感，傳感器的氣隙δ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。 2、改變氣隙截面S的自感傳感器，即變截面式電感傳感器，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。 3、同時(shí)改變氣隙厚度δ和氣隙截面S的自感傳感器，即螺管式電感傳感器。它是由螺管線圈和與被測(cè)物體相連的柱型銜鐵構(gòu)成，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。
擴(kuò)展資料
電感式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)
一、電感式傳感器優(yōu)點(diǎn) 1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠。 2、靈敏度高，最高分辨力達(dá)0.1μm。 3、測(cè)量精確度高，輸出線性度可達(dá)±0.1% 。 4、輸出功率較大，在某些情況下可不經(jīng)放大，直接接二次儀表。
二、電感式傳感器缺點(diǎn) 1、傳感器本身的頻率響應(yīng)不高，不適于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。 2、對(duì)激磁電源的頻率和幅度的穩(wěn)定度要求較高。 3、傳感器分辨力與測(cè)量范圍有關(guān)，測(cè)量范圍大，分辨力低，反之則高。 參考資料來源：搜狗百科—電感式傳感器。
參考文獻(xiàn)
電感式傳感器是利用金屬導(dǎo)體和交變電磁場(chǎng)的互感原理。位于傳感器前端的檢測(cè)線圈產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近該磁場(chǎng)，金屬物體內(nèi)部產(chǎn)生渦電流，導(dǎo)致磁場(chǎng)能量衰減，當(dāng)金屬物體不斷靠近傳感器感應(yīng)面，能量的被吸收而導(dǎo)致衰減，當(dāng)衰減達(dá)到一定程度時(shí)，觸發(fā)傳感器開關(guān)輸出信號(hào)，從而達(dá)到非接觸式之檢測(cè)目的。
有關(guān)電感式傳感器的工作原理，電感式傳感器又稱自感式傳感器或可變磁阻式傳感器，它是由鐵心1、線圈2和銜鐵3所組成，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連，運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生位移時(shí)，空氣隙厚度δ產(chǎn)生變化，電感值發(fā)生變化。
電感式傳感器的工作原理
電感式傳感器也稱為自感式傳感器或可變磁阻式傳感器。
圖6‐1為自感式傳感器原理圖，它是由鐵心1、線圈2和銜鐵3所組成。線圈是套在鐵心上的。在鐵心和銜鐵之間有一個(gè)空氣隙，空氣隙厚度為δ。傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連，運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生位移時(shí)，空氣隙厚度δ產(chǎn)生變化，從而使電感值發(fā)生變化。
space
1、電感式傳感器
由電工學(xué)可知，線圈的電感值可按下式計(jì)算：L=N2/ Rm
式中，N為線圈的匝數(shù);Rm為磁路的總磁阻。如不考慮鐵損，且氣隙δ較小時(shí)，其總磁阻由鐵心與銜鐵的磁阻Rc和空氣隙的磁阻Rδ兩部分組成，即Rm=Rc+Rδ=l/μS+2δ/μSo
式中，l為鐵心和銜鐵的磁路長(zhǎng)度; μ為鐵心和銜鐵的導(dǎo)磁率;S為鐵心和銜鐵的橫截面積;S0為空氣隙的導(dǎo)磁橫截面積;δ為氣隙長(zhǎng)度; μ為空氣隙的導(dǎo)磁率。
當(dāng)鐵心材料和線圈匝數(shù)確定后，電感L與導(dǎo)磁橫截面S0成正比，與氣隙長(zhǎng)度δ成反比。如果通過被測(cè)量改變S0和δ，則可實(shí)現(xiàn)位移與電感間的轉(zhuǎn)換，這就是電感傳感器的工作原理。
電感式傳感器分為3種類型：改變氣隙厚度δ的自感傳感器，即變間隙式電感傳感器;改變氣隙截面S的自感傳感器，即變截面式電感傳感器;同時(shí)改變氣隙厚度δ和氣隙截面S的自感傳感器，即螺管式電感傳感器。
space
改變氣隙δ的自感傳感器的輸出特性如圖6‐所示，其L和δ呈雙曲線關(guān)系，其靈敏度為
由上式可知，在δ小的情況下，具有很高的靈敏度，故傳感器的初始間隙δ0之值不能過大，通常δ0=0.1～0.5mm。為了使傳感器有較好的線性輸出特性，必須限制測(cè)量范圍，銜鐵的位移一般不能超過(0.1～0.2)δ0，這種傳感器多用于微小位移測(cè)量。由式(6‐)可知，改變氣隙截面積S的自感傳感器的輸出特性如圖6‐所示，其L和S0呈線性關(guān)系，其靈敏度為
space
2、電感式傳感器
這種傳感器在改變截面時(shí)，其銜鐵行程受到的限制小，故測(cè)量范圍較大。又因銜鐵易做成轉(zhuǎn)動(dòng)式，故多用于角位移測(cè)量。
螺管式電感傳感器，由于磁場(chǎng)分布不均勻，故從理論上來分析較困難。由實(shí)驗(yàn)可知，其輸出特性為非線性關(guān)系，且靈敏度較前兩種形式低，但測(cè)量范圍廣，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配容易，又因螺管可以做得較長(zhǎng)，故宜于測(cè)量較大的位移。
電感傳感器的工作原理：電感式傳感器的工作原理
電感式傳感器通常用于測(cè)量位置或速度，尤其是在惡劣環(huán)境中。感應(yīng)位置感測(cè)中使用的術(shù)語和技術(shù)可能令人困惑。
感應(yīng)式位置和速度傳感器有許多形狀，尺寸和設(shè)計(jì)。可以說所有電感式傳感器都使用變壓器原理工作，它們都使用基于交流電流的物理現(xiàn)象。這是邁克爾·法拉第在19世紀(jì)30年代首次觀察到的，當(dāng)時(shí)他發(fā)現(xiàn)第一個(gè)載流導(dǎo)體可以“誘導(dǎo)”電流流入第二個(gè)導(dǎo)體。法拉第的發(fā)現(xiàn)構(gòu)成了現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)，當(dāng)然還有用于位置和速度測(cè)量的電感式傳感器。
電感式位置和速度傳感器包括簡(jiǎn)單的接近開關(guān)，可變電感傳感器，可變磁阻傳感器，同步器，旋轉(zhuǎn)變壓器，旋轉(zhuǎn)和線性可變差動(dòng)變壓器（RVDT和LVDT），以及新一代感應(yīng)編碼器（有時(shí)稱為扼流圈）。
電感式傳感器的類型
在簡(jiǎn)單接近（或“接近”）傳感器中，電源使交流電流在線圈中流動(dòng)（有時(shí)稱為環(huán)路，線軸或繞組）。當(dāng)導(dǎo)電或?qū)Т拍繕?biāo)（例如鋼盤）接近線圈時(shí)，這會(huì)改變線圈的阻抗。當(dāng)閾值通過時(shí)，這充當(dāng)目標(biāo)接近的信號(hào)。接近傳感器通常用于檢測(cè)金屬目標(biāo)的存在或不存在，并且輸出通常模擬開關(guān)。這種類型的電感式傳感器通常用于傳統(tǒng)開關(guān)可能存在問題的地方 - 特別是在存在大量污垢或水的地方。下次您登上飛機(jī)時(shí)，您會(huì)看到許多電感式接近傳感器，或者在登機(jī)時(shí)看一下起落架。
可變電感傳感器和可變磁阻傳感器通常產(chǎn)生與導(dǎo)電或可透磁靶（通常為鋼桿）相對(duì)于線圈的位移成比例的電信號(hào)。與接近傳感器一樣，當(dāng)線圈通過交流電通電時(shí)，線圈的阻抗根據(jù)目標(biāo)的位移而變化。這種傳感器通常用于測(cè)量氣動(dòng)或液壓油缸中活塞的位移。活塞可以布置成越過傳感器線圈的外徑。
Synchros是另一種形式的感應(yīng)式位置傳感器，它們測(cè)量線圈相對(duì)于彼此移動(dòng)時(shí)的感應(yīng)耦合。同步通常是旋轉(zhuǎn)的并且需要電連接到傳感器的移動(dòng)和靜止部分（通常稱為轉(zhuǎn)子和定子）。它們具有極高的精度，可用于工業(yè)計(jì)量，雷達(dá)天線和望遠(yuǎn)鏡。Synchros的價(jià)格非常昂貴且越來越少見，大多數(shù)都被（無刷）旋轉(zhuǎn)變壓器所取代。這些是感應(yīng)位置檢測(cè)器的另一種形式，但電連接僅對(duì)定子上的繞組進(jìn)行。
LVDT，RVDT和旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)量線圈之間電感耦合變化的位置，通常稱為初級(jí)和次級(jí)繞組。傳感器的初級(jí)繞組將能量耦合到次級(jí)繞組中，但耦合到每個(gè)次級(jí)繞組中的能量比率與可透磁目標(biāo)的相對(duì)位移成比例地變化。在LVDT中，這通常是穿過繞組孔的金屬桿。在RVDT或旋轉(zhuǎn)變壓器中，它通常是成形轉(zhuǎn)子或極靴，其相對(duì)于圍繞轉(zhuǎn)子周邊布置的繞組旋轉(zhuǎn)。LVDT和RVDT的典型應(yīng)用包括航空航天副翼，發(fā)動(dòng)機(jī)和燃油系統(tǒng)控制中的液壓伺服系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變壓器的典型應(yīng)用包括無刷電動(dòng)機(jī)換向。
感應(yīng)位置傳感器的顯著優(yōu)點(diǎn)是相關(guān)的信號(hào)處理電路不需要位于傳感器線圈附近。這允許傳感線圈位于惡劣的環(huán)境中，否則可能會(huì)妨礙其他技術(shù) - 例如磁傳感器或光學(xué)編碼器 - 因?yàn)樗鼈冃枰鄬?duì)精細(xì)的硅基電子設(shè)備位于傳感點(diǎn)。
電感式傳感器應(yīng)用
感應(yīng)式位置傳感器具有長(zhǎng)期記錄，可在惡劣條件下可靠運(yùn)行。因此，它們通常是安全相關(guān)，安全關(guān)鍵或高可靠性應(yīng)用的自動(dòng)選擇。這種應(yīng)用在軍事，航空航天，鐵路和重工業(yè)部門中很常見。
這種良好聲譽(yù)的原因與基本物理和操作原理有關(guān)，它們通常獨(dú)立于：
移動(dòng)電觸點(diǎn)
溫度
濕度，水和冷凝
污垢，油脂，砂礫和沙子等異物。
電感式傳感器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
由于基本操作元件（纏繞線圈和金屬部件）的性質(zhì)，大多數(shù)感應(yīng)式位置傳感器非常堅(jiān)固。鑒于其良好的聲譽(yù)，一個(gè)顯而易見的問題是“為什么電感式傳感器不能更頻繁地使用？” 原因是他們的身體健壯性既是力量也是弱點(diǎn)。電感式傳感器往往精確，可靠，堅(jiān)固，但體積大，體積大，重量大。對(duì)精密纏繞線圈的需求也使其生產(chǎn)成本高昂 - 尤其是高精度設(shè)備。除了簡(jiǎn)單的接近傳感器之外，更復(fù)雜的電感式傳感器對(duì)于更主流的應(yīng)用來說非常昂貴。
電感式傳感器相對(duì)稀缺的另一個(gè)原因是設(shè)計(jì)者難以指定。這是因?yàn)槊總€(gè)傳感器通常需要單獨(dú)指定和購買相關(guān)的AC生成和信號(hào)處理電路。反過來，這需要模擬電子學(xué)的重要技能和知識(shí)。由于年輕的工程師傾向于專注于數(shù)字電子，他們將傾向于采用替代的，更加數(shù)字化的方法。
新一代 - 感應(yīng)編碼器或編碼器
新一代電感式傳感器近年來已進(jìn)入市場(chǎng)，并在傳統(tǒng)和更主流的領(lǐng)域中享有越來越高的聲譽(yù)。這種新一代的電感式傳感器的通常被稱為感應(yīng)編碼器或“INCODER”（的混合物 在 ductive和連接編碼器）。該方法使用與傳統(tǒng)設(shè)備相同的基本物理，但使用印刷電路板和現(xiàn)代數(shù)字電子設(shè)備，而不是笨重的變壓器和模擬電子設(shè)備。該方法非常優(yōu)雅，開辟了電感式傳感器的應(yīng)用范圍，包括2D和3D傳感器，短距離（<1mm）線性器件，曲線幾何形狀和高精度角度編碼器，包括小型旋轉(zhuǎn)編碼器和大型旋轉(zhuǎn)編碼器。
PCB的使用使得傳感器可以印刷到薄的柔性基板上，這也可以消除對(duì)傳統(tǒng)電纜和連接器的需求。這種方法的靈活性 - 無論是在物理上還是從為OEM提供定制設(shè)計(jì)的能力 - 都是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。
與傳統(tǒng)的電感式傳感器一樣，該方法可在惡劣環(huán)境中提供可靠和精確的測(cè)量。還有一些重要的優(yōu)點(diǎn)：
降低成本
提高準(zhǔn)確性
減輕重量
簡(jiǎn)化機(jī)械工程，例如，根除軸承，密封件和襯套。
緊湊的尺寸 - 與傳統(tǒng)的LVDT相比，特別是行程長(zhǎng)度。
簡(jiǎn)化電氣接口 - 通常是直流電源和絕對(duì)數(shù)字信號(hào)。
傳統(tǒng)LVDT（頂部）和Zettlex線性傳感器（中間）的圖像。以下規(guī)模。
上圖中很好地說明了這一點(diǎn) - 展示了傳統(tǒng)的150mm行程LVDT及其新一代替代品，它是為線性執(zhí)行器制造商生產(chǎn)的。與“之前”和“之后”節(jié)食照片的相似之處顯而易見。當(dāng)考慮到新一代設(shè)備還包括相關(guān)的信號(hào)生成和處理電路（未示出傳統(tǒng)的LVDT）時(shí)，這得到了加強(qiáng)。相比之下，UNIVO提供的設(shè)備有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
精度提高10倍以上
重量減輕95％
占用體積減少75％
節(jié)省50％的成本
直接生成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) - 從而消除了模數(shù)轉(zhuǎn)換的需要。
電感傳感器的工作原理：電感式傳感器的工作原理_1
硬件型號(hào)：圣億新 CBE04電容式傳感器
系統(tǒng)版本：傳感器系統(tǒng)
電感式傳感器（ inductance type transducer ）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。
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，堿類，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。
電感式傳感器由三大部分組成：振蕩器、開關(guān)電路以及放大輸出電路；振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場(chǎng)，并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致金屬震蕩器衰減，以至停振；振蕩器振蕩及停振的變化被后級(jí)放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器件，從而達(dá)到非接觸式之檢測(cè)目的。
電感傳感器的工作原理：電感式壓力傳感器工作原理
電感式壓力傳感器工作原理
電感式壓力也稱變磁阻式壓力傳感器，它是在壓力作用下使銜鐵他移（見圖7—16）使線圈的電感發(fā)生變化而工作的。根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同，可以分為變閉隙式和螺管式兩種。
圖7—16為變間隙電感式壓力傳感器原理圖。它由鐵芯、銜鐵和線圈組成。線圈繞在鐵芯上，鐵芯和銜鐵都由硅鋼片以玻莫合金等導(dǎo)磁材料制成，可以是整體的，也可以是迭片的、銜鐵與鐵芯之間的氣隙距離為d，由物理學(xué)可知，此線圈的電感為
當(dāng)被測(cè)壓力p作用于銜鐵上，他之移動(dòng)對(duì)，氣隙距離d改變，氣隙中的磁阻發(fā)電變比。從小引起線圈電感的改變。因此，可以通過測(cè)量線湖電感的哎化米確定壓力的大小。
在線圈的中心部分插入一個(gè)鐵芯，就成了螺管式電感傳感器，如圖7—17所示。當(dāng)鐵芯在被測(cè)壓力p作用下沿抽向移時(shí)，線圈的電感就發(fā)生變化。
將兩只簡(jiǎn)單電感器完全劉稱配置，臺(tái)用一個(gè)活動(dòng)銜鐵（或鐵芯），便構(gòu)成了改動(dòng)式電感傳感器，如圖7一18所示。其中（a）為變間隙式差動(dòng)電感壓力傳感器的原理圖; （b）為螺管式差動(dòng)電感壓力傳感器的原理圖。當(dāng)銜鐵〔或鐵芯）處于中間位置時(shí)，兩線圈的電感相等，l1=l2，負(fù)載電阻zl上沒電流通過。當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí)。一個(gè)電感器的氣隙增大，另一個(gè)則礎(chǔ)小，從而使一個(gè)線國(guó)的電感值減小，而另一個(gè)增大，即l1不等l2，于是在負(fù)載電阻zl 上就有電流，而有電壓輸出。銜鐵移動(dòng)的方向相反，輸出電壓的極性也反向。這樣就可根據(jù)輸出電壓的大小和極性確定被測(cè)壓力的大小及方向（即正壓或負(fù)壓）。
差動(dòng)式與簡(jiǎn)單的電感傳感器相比有許多優(yōu)點(diǎn)，它可提高線性墳、靈敏度，減小環(huán)境溫度變動(dòng)引起的誤差等等.
壓力傳感器的四種類型
壓力傳感器分為四種型號(hào)，即 電阻 應(yīng)變式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器和電感式壓力傳感器。其中：
電阻應(yīng)變式壓力傳感器，主要是通過電阻應(yīng)變片感應(yīng)傳感器內(nèi)的彈性敏感元件在外壓作用下的變形來實(shí)現(xiàn)工作的。此類壓力傳感器有分為膜片式壓力傳感器、膜片-應(yīng)變筒式壓力傳感器和應(yīng)變筒式壓力傳感器三種，其中，膜片式壓力傳感器主要是在低壓力測(cè)量中應(yīng)用，膜片-應(yīng)變筒式壓力傳感器主要是在中等壓力測(cè)量中應(yīng)用，應(yīng)變筒式壓力傳感器則主要是在高壓力測(cè)量時(shí)使用;
壓阻式壓力傳感器，主要采用了集成電路擴(kuò)散工藝制作電阻感應(yīng)裝置，再加上使用更加靈敏的硅片作為彈性敏感元件，其他與電阻應(yīng)變式壓力傳感器類似。此類壓力傳感器具有較高的靈敏度和測(cè)量精度的特點(diǎn)，另外就是其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，為傳感器的微型化提供了方便。但是此類壓力傳感器具有較多的缺點(diǎn)，如測(cè)量范圍小、容易受到測(cè)量環(huán)境影響等;
壓電式壓力傳感器，主要是應(yīng)用了壓電材料的特有性能——壓電效應(yīng)。此類壓力傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)也較為明顯，優(yōu)點(diǎn)是其環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，可以在惡劣的環(huán)境中正常工作，而且溫度感應(yīng)較為靈敏;缺點(diǎn)是其低頻性能較差，而且傳感器在使用過程中出現(xiàn)故障后較難維修;
電感式壓力傳感器，其實(shí)就是將測(cè)量的壓力的變化量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電感變化量，然后反應(yīng)出來。此類壓力傳感器靈敏度極高，而且傳感器內(nèi)部的壓力變換器的線性得到了較大的改善，使其工作更加可靠。
