圖中介紹的是自感式傳感器。由鐵心和線圈構成的將直線或角位移的變化轉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和材料導磁系數都是一定的,其電感量的變化是由于位移輸入量導致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當把線圈接入測量電路并接通激勵電源時,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是:

①無活動觸點、可靠度高、壽命長;
②分辨率高;
③靈敏度高;
④線性度高、重復性好;
⑤測量范圍寬(測量范圍大時分辨率低);
⑥無輸入時有零位輸出電壓,引起測量誤差;
⑦對激勵電源的頻率和幅值穩定性要求較高;
⑧不適用于高頻動態測量。

電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉換成位移變化的機械量(如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應變、流量、厚度、液位、比重、轉矩等)的測量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實際應用中,這三種傳感器多制成差動式,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：這種傳感器的氣隙δ隨被測量的變化而改變,從而改變磁阻(圖1)。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。δ一般取在0.1~0.5毫米之間。

變面積型電感傳感器：這種傳感器的鐵芯和銜鐵之間的相對覆蓋面積(即磁通截面)隨被測量的變化而改變,從而改變磁阻(圖2)。它的靈敏度為常數,線性度也很好。

螺管插鐵型電感傳感器：它由螺管線圈和與被測物體相連的柱型銜鐵構成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。銜鐵隨被測物體移動時改變了線圈的電感量。這種傳感器的量程大,靈敏度低,結構簡單,便于制作。

電感式傳感器——利用電磁感應原理 將被測非電量如位移、壓力、流量、振動等轉換成線圈自感系數L或互感系數M的變化,再由測量電路轉換為電壓或電流的變化量的輸出。

1、變磁阻式傳感器——自感式

2、差動變壓器式傳感器——互感式

3、電渦流式傳感器——電渦流式

電感式傳感器具有結構簡單、動態響應快、易實現非接觸測量等突出的優點,特別適合用于酸類,堿類,氯化物,有機溶劑,液態CO2,氨水,PVC粉料,灰料,油水界面等液位測量,目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、糧食等行業中應用廣泛。

1、檢測距離的衰減性。滑翹為鐵質,適合電感式傳感器檢測;而滑翹被測部分的尺寸略小于標準檢測物尺寸(標準被測物尺寸為3倍額定檢測距離,此應用中,標準尺寸應為120*120mm),這樣的話就會有一定的衰減。

2、現場抗干擾能力。這個是不容忽視的問題,普通電感式傳感器容易被電機或變頻器干擾,很多技術人員只對在此附近的應用選擇相應強抗電磁干擾的傳感器。但在汽車制造車間,廠房大,現場技術人員習慣使用對講機溝通,尤其是邊走邊用對講機對話時,會不經意的靠近傳感器,導致短暫失效。

3、安裝方面。隨著電感式傳感器的普及,傳感器不僅僅在電氣性能方面有所提升,其機械方面的設計也越來越人性化。要在最大程度的實現人性化安裝。減少了多種近似產品的備貨和減少了安裝、維護的時間。

4、穩定運行的保障。在車廠的使用中,要杜絕任何油污、塵污的侵蝕。另外,滑翹經過軌道時,震動是長期存在的,優異的抗震動性同樣是有著非常重要的作用。

變磁阻式

變磁阻式傳感器工作原理

如圖:

變磁阻式傳感器輸出特性

如圖:

變磁阻式傳感器測量電路

1、交流電橋式測量電路

2、變壓器式測量電路

3、諧振式測量電路

差動變壓器式傳感器

互感式傳感器——把被測的非電量變化轉換為線圈互感變化的傳感器

差動變壓器式傳感器——次級繞組用差動形式

結構:變隙式、變面積式、螺線管式

優點:測量精度高、靈敏度高、結構簡單、性能可靠

螺線管差動變壓器工作原理

銜鐵在平衡位置時……

活動銜鐵向上移動時,由于磁阻的影響, w2a中磁通將大于w2b, 使M1>M2 ，……

反之……

即:當銜鐵位移發生變化時，輸出電壓會隨之發生變化

螺線管式差動變壓器基本特性

零點殘余電壓及補償

零點殘余電壓主要是由傳感器的兩次級繞組的電氣參數與幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等問題引起的。(基波、高次諧波)

差動式變壓器測量電路

兩個目的:(1)辨別移動方向(2)消除零點殘余電壓

兩種方法:(1)差動整流電路(2)相敏檢波電路

1、差動整流電路

2、相敏檢波電路

電感式傳感器具有以下特點:

1、結構簡單,傳感器無活動電觸點,因此工作可靠壽命長。

2、靈敏度和分辨力高,能測出0.01微米的位移變化。傳感器的輸出信號強,電壓靈敏度一般每毫米的位移可達數百毫伏的輸出。

3、線性度和重復性都比較好,在一定位移范圍(幾十微米至數毫米)內,傳感器非線性誤差可達0.05%~0.1%。同時,這種傳感器能實現信息的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制,它在工業自動控制系統中廣泛被采用。但不足的是,它有頻率響應較低,不宜快速動態測控等缺點。

電感式傳感器種類很多,常見的有自感式,互感式和渦流式三種。

對于電感式傳感器,大家都不會陌生,是用于近距離定位金屬物體的通用方式。因為主要是通過霍爾效應來完成檢測,所以也稱為霍爾傳感器。其內部結構由兩部分構成:前端由纏繞著發射、接收線圈的鐵芯構成檢測部分;后端為電路部分,整體封裝在塑料或金屬外殼中。工作時,電磁鐵芯部分發生交變磁場,對靠近的金屬物體表面產生渦流效應,從而削弱LC震蕩電路,放大電路部分分析電磁鐵芯接收線圈的微弱LC震蕩電路變化,并給予相應的輸出。

不同外形尺寸,其額定檢測距離一般至多到100mm。通常狀態下,各廠家對于其標稱的檢測距離為在實驗室條件下測得的額定檢測距離。實際應用中,考慮到各方面的環境因素,其可靠檢測距離約為額定檢測距離的80%,但對于被測物是有一定要求的。由于應用現場的被測物材料的導磁性和尺寸大小,一般情況下達不到標準被測物的要求,那么傳感器的檢測距離會進一步的衰減,這也就是很多用戶感覺電感傳感器的檢測距離比廠家標稱的小很多的原因。在這種非標檢測的情況下,各廠家及其不同系列產品的差異較大。另外,更深入的講,在抗電磁干擾性、環境溫度、電壓擾動以及安裝要求等方面,都存在著差異。

選擇合適的傳感器,會大幅提升設備運轉的穩定性和可靠性,也最大的可能性減少傳感器的失效或損毀,減少不必要的維護投入。汽車制造業在生產過程中,大量使用電感式傳感器作為定位檢測,如何針對此行業選擇最適合的產品,顯得尤為重要。

1、檢測距離的衰減性。滑翹為鐵質,適合電感式傳感器檢測;而滑翹被測部分的尺寸略小于標準檢測物尺寸(標準被測物尺寸為3倍額定檢測距離,此應用中,標準尺寸應為120*120mm),這樣的話就會有一定的衰減。

2、現場抗干擾能力。這個是不容忽視的問題,普通電感式傳感器容易被電機或變頻器干擾,很多技術人員只對在此附近的應用選擇相應強抗電磁干擾的傳感器。但在汽車制造車間,廠房大,現場技術人員習慣使用對講機溝通,尤其是邊走邊用對講機對話時,會不經意的靠近傳感器,導致短暫失效。

3、安裝方面。隨著電感式傳感器的普及,傳感器不僅僅在電氣性能方面有所提升,其機械方面的設計也越來越人性化。要在最大程度的實現人性化安裝。減少了多種近似產品的備貨和減少了安裝、維護的時間。

4、穩定運行的保障。在車廠的使用中,要杜絕任何油污、塵污的侵蝕。另外,滑翹經過軌道時,震動是長期存在的,優異的抗震動性同樣是有著非常重要的作用。