電感傳感器是基于電磁感應原理,將被測非電量(如位移、壓力、振動等)轉換為電感量變化的一種結構性傳感器。利用自感原理的有自感式傳感器(可變磁阻式),利用互感原理的有互感式(差動變壓器式和渦流式)傳感器和感應同步器,利用壓磁效應的有壓磁式傳感器。
一、自感式傳感器
自感式傳感器可分為可變磁阻式傳感器和渦流式傳感器兩類。下面介紹可變磁阻式傳感器。
可變磁阻式傳感器工作原理
可變磁阻式傳感器結構原理如右圖,它由線圈、鐵心及銜鐵組成,
為空氣隙:
當銜鐵子在被測參量帶動下移動時,磁路中氣隙的磁阻發生變化,從而引起線圈電感的變化,把電感的變化通過測量電路轉換為電壓或電流的變化。根據所測電壓或電流的變化過程確定被測量的變化。
公式如下:
對于差動自感傳感器 ,其結構原理如右圖:
- 把兩個相同的簡單電感傳感器組合在一起而共用一個銜鐵構
成差動式電感傳感器 - 當銜鐵處于中間位置時,兩個線圈的電感量相等
- 若銜鐵被帶動移動
距離時,使兩個 線圈的電感量分別增大和減小
- 將兩線圈接于電橋的相鄰橋臂時,輸出靈敏度提升1倍
?二、互感式傳感器
1.差動變壓器
互感式傳感器工作原理為利用電磁感應中的互感現象,將被測位移量轉換成線圈互感的變化。其本身為一個變壓器,一次線圈L接入交流電源,二次線圈為感應線圈,當一次線圈互感變化時,輸出電壓產生相應變化。由于常采用兩次線圈組成差動式,故又稱為差動變壓器。
其優點有:
測量精度高;
可達0.1μm 線性范圍大,可達±100 mm
2.渦流式傳感器
原理:金屬導體在交流磁場中的渦流效應。電流在金屬導體內部封閉,因而稱為渦流。
集膚效應:渦流在金屬導體的縱深方向并非均勻分布,主要集中在金屬導體的表面,稱為集膚效應。電渦流在金屬導體內的滲透深度為:
?h:工件滲透深度,cm;
工件的電阻率,Ω·cm;
相對磁導率;
f激勵源頻率,Hz
頻率f越高,電渦流的滲透深度越淺,集膚效應越嚴重,因此渦流傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩種。
高頻反射式渦流傳感器常用于數量或位移測量。
低頻透射式渦流傳感器多用于測定材料厚度。
總結一下:
渦流傳感器可用于動態非接觸測量,測量范圍約為0~2 mm,分辨力可達1μm。
其具有結構簡單、安裝方便、靈敏度較高、抗干擾能力較強、不受油污等介質影響的優點。
三、電感式傳感器的特點
電感式傳感器的特點:
- 結構簡單,工作可靠;
- 靈敏度高,分辨率較大;
- 測量的精度較高;
- 具有非接觸測量特點
- 常用來測量位移,振幅,幾何尺寸,表面粗糙度及裂紋等。還可廣泛用于測量位移及能引起位移變化的參量,如力,壓力,速度 ,加速度,流量,厚度等。
參考資料:《測試技術第三版》主編:賈民平,張洪亭