传感器详解—电感式传感器

  来实现非电量检测的一种装置，看这句话可能会有些懵逼，别急，看不懂先跳过。

  电感式传感器能对位移、压力、振动、应变、流量等参数做测量。跟别的类型传感器相比：

  优点是结构相对比较简单，灵敏度较高，输出功率大，输出阻抗小，抗干扰能力强，测量精度高；

  缺点是响应比较慢，不适宜快速动态测量。分辨率与测量范围有关，范围越大、分辨率越低。

  电感式传感器又分好几种，这里主要介绍变磁阻式传感器、差动变压器式传感器和电涡流式传感器。

  变磁阻式传感器核心结构如图：线圈、铁芯和衔铁。铁芯和衔铁之间有一层气隙，线圈和铁芯固定不动，衔铁跟导杆一起连接在被测件上。

  在测量时，衔铁跟随被测件移动时，气隙厚度发生明显的变化，随之磁路中的磁阻发生明显的变化，最后导致电感线圈中的电感值发生变化。

  从公式里看到，最终的参数中，W（线圈匝数）和μ（空气导磁率）固定不变，线圈内的电感（L）也就只有和S（气隙的截面积）和ρ（气隙的厚度）有关，改变气隙截面积和厚度中的任意一项，电感都可能会发生变化。因此根据修改不同的参数，变磁阻式传感器又分成变气隙型电感式传感器和变面积型电感式传感器，变气隙型使用最为广泛。

  在实际应用中，经常是采用两个相同的传感器线圈共用一个衔铁，构成差动式电感传感器。

  两个相同的线圈固定不动，衔铁置于两线圈间。当衔铁跟随被测件上下移动时，两个线圈产生的磁回路中磁阻发生大小相等，但方向相反的变化，导致一个线圈电感量增加，另一个线圈电感量减少，形成差动形式。（看下面动图更直观）

  使用差动式的电感传感可以改善线性，提高灵敏度。同时对温度、电源频率等进行补偿，很大程度上减少了外界的干扰误差。

  不过布置差动式，两个导磁体（铁芯）几何尺寸和材料必须完全一致、两线圈的电气参数和几何尺寸也必须要一致。

  变动变压器式传感器的核心结构是一个初级绕组、两个次级绕组和活动衔铁，当然绕组都是固定在骨架上的。

  （至于初级和次级绕组的概念，网上搜了下是跟变压器有关，结合着传感器讲还真有些麻烦，就直接略过啦，只需要记得两侧是相同的两个次级绕组，中间是单独的一个初级绕组即可。）

  衔铁置于中间时，因为两端两个次级绕组是反相串联的，最终体现出的输出电压为零。

  但若衔铁跟随着被测件往两侧移动，平衡被打破，最终输出的电压也会发生明显的变化。

  差动变压器式传感器能用于位移测量，也可以测量与位移有关的任意机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力、厚度等。

  电涡流式传感器是利用电涡流效应做测量的装置。电涡流效应是指块状金属导图置于变化磁场中或在磁场中做切割磁力场线运动时，金属导体内产生旋涡状感应电流。

  如上图，磁场靠近金属导体，金属导体内产生旋涡状感应电流。漩涡电流又形成磁场反过来影响线圈的阻抗，电涡流式传感器也是借此对金属导体进行检测。

  需要注意的是，跟之前两类传感器不一样，电涡流式传感器的线圈装置仅是实际传感器的一半，另一半的被测体（上图的金属导体）。所以在电涡流式传感器的设计和使用中，必须同时考虑被测物体的物理性质和几何形状及尺寸。

  电涡流式传感器能实现对位移、材料厚度、金属表面温度、应力、速度以及材料损伤等进行非接触式连续测量。特点是灵敏度较高、频率响应范围宽、体积小。

  如上是三类电感式传感器，当然还是和之前传感器一样，电感式传感器也是需要专用的测量电路，经过测量电路最终将磁阻变化等转换成电压的变化进行输出。

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