电感式传感器

图中介绍的是自感式传感器。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。

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系数L或互感系数M的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量的输出。

1、变磁阻式传感器——自感式

2、差动变压器式传感器——互感式

3、电涡流式传感器——电涡流式

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。

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。

变磁阻式

变磁阻式传感器工作原理

如图:

变磁阻式传感器输出特性

如图:

变磁阻式传感器测量电路

1、交流电桥式测量电路

2、变压器式测量电路

3、谐振式测量电路

差动变压器式传感器

互感式传感器——把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器

差动变压器式传感器——次级绕组用差动形式

结构:变隙式、变面积式、螺线管式

优点:测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠

螺线管差动变压器工作原理

衔铁在平衡位置时……

活动衔铁向上移动时,由于磁阻的影响, w2a中磁通将大于w2b, 使M1>M2 ，……

反之……

即:当衔铁位移发生变化时，输出电压会随之发生变化

螺线管式差动变压器基本特性

零点残余电压及补偿

零点残余电压主要是由传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等问题引起的。(基波、高次谐波)

差动式变压器测量电路

两个目的:(1)辨别移动方向(2)消除零点残余电压

两种方法:(1)差动整流电路(2)相敏检波电路

1、差动整流电路

2、相敏检波电路

电感式传感器具有以下特点:

1、结构简单,传感器无活动电触点,因此工作可靠寿命长。

2、灵敏度和分辨力高,能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强,电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。

3、线性度和重复性都比较好,在一定位移范围(几十微米至数毫米)内,传感器非线性误差可达0.05%~0.1%。同时,这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是,它有频率响应较低,不宜快速动态测控等缺点。

电感式传感器种类很多,常见的有自感式,互感式和涡流式三种。

对于电感式传感器,大家都不会陌生,是用于近距离定位金属物体的通用方式。因为主要是通过霍尔效应来完成检测,所以也称为霍尔传感器。其内部结构由两部分构成:前端由缠绕着发射、接收线圈的铁芯构成检测部分;后端为电路部分,整体封装在塑料或金属外壳中。工作时,电磁铁芯部分发生交变磁场,对靠近的金属物体表面产生涡流效应,从而削弱LC震荡电路,放大电路部分分析电磁铁芯接收线圈的微弱LC震荡电路变化,并给予相应的输出。

不同外形尺寸,其额定检测距离一般至多到100mm。通常状态下,各厂家对于其标称的检测距离为在实验室条件下测得的额定检测距离。实际应用中,考虑到各方面的环境因素,其可靠检测距离约为额定检测距离的80%,但对于被测物是有一定要求的。由于应用现场的被测物材料的导磁性和尺寸大小,一般情况下达不到标准被测物的要求,那么传感器的检测距离会进一步的衰减,这也就是很多用户感觉电感传感器的检测距离比厂家标称的小很多的原因。在这种非标检测的情况下,各厂家及其不同系列产品的差异较大。另外,更深入的讲,在抗电磁干扰性、环境温度、电压扰动以及安装要求等方面,都存在着差异。

选择合适的传感器,会大幅提升设备运转的稳定性和可靠性,也最大的可能性减少传感器的失效或损毁,减少不必要的维护投入。汽车制造业在生产过程中,大量使用电感式传感器作为定位检测,如何针对此行业选择最适合的产品,显得尤为重要。

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。