电感传感器原理 一文读懂电感式传感器

一文读懂电感式传感器

电感式传感器是利用电磁感应定律，通过线圈的自感和互感的变化来实现非电量测量的一种装置。其特点便是使用电感的物理特性，不直接接触被测物，便可测量位移、震动、压力、流量等信号。

电感式传感器按工作原理分为自感式、互感式和电涡流式三种。

自感式传感器的磁路总磁阻可以表示为：

通过分别改变气隙或气隙导磁面积可以构成变气隙式自感传感器和变面积式自感传感器，其结构图如图1、2所示。

图 1 变气隙式

图 2 变面积式

利用两个反向的基本自感传感器，可以构成差动式自感传感器，如图3所示，其改善了基本自感传感器的电磁效应，配合电桥使得灵敏度增加一倍，非线性也得到了补偿。

图 3 差动式自感传感器

2.互感式传感器： 由线圈、铁芯和活动衔铁三个部分组成，如图4所示。线圈包括一个初级线圈和两个反接的次级线圈。当初级线圈输入交流激励电压时，次级线圈将产生感应电动势e1和e2。由于两个次级线圈极性反接，传感器的输出电压为两者之差，即ey=e1-e2。

图 4 互感式传感器

3.电涡流传感器： 根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。按照电涡流在导体内的贯穿情况，此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作原理上来说仍是相似的。电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小、灵敏度高、频率响应宽等特点，应用极其广泛。

二、电感式传感器的应用

电感式传感器作为一种位置反馈元件，目前已经广泛应用于几乎所有自动化控制的工业领域之中，对检测和自动控制系统的可靠运行具有关键性的作用。

1.机械加工

电感式传感器可以用于测量位移、尺寸、压力等物理量。

利用电感式传感器可以实现工件的高精度加工，可以实现工件加工流程的自动化操作，还能对工件进行探伤。

图 5 接近开关

2.机器人

电感传感器还可用来做磁敏速率开关、齿轮龄条测速，链轮齿速率检测等，如机器人机械臂的运动轨迹需要严格控制，使用电感式传感器可以对机械臂的位置进行限位，对机械臂中的齿轮转动速度和位置进行监控，保证机械臂的稳定运行。链轮齿速率检测，链输送带的速率和距离检测，齿轮龄计数转速表及汽车防护系统的控制等。此外该类传感器还可用在给料管系统中小物体检测、物体喷出控制、断线监测、小零件区分、厚度检测和位置控制等。

图 6 机械臂齿轮转动检测

3.智能机械

电感传感器还可用来链输送带的速率和距离检测，齿轮龄计数转速表及汽车防护系统的控制等。比如货车卸货时，对箱斗的位置要进行一个限制，箱斗的升举范围只能控制在一定限度，使用接近式传感器可以检测箱斗的升举高度从而控制液压系统进行限位。

图 7 货车液压升举限位检测

4.其他应用

电感式传感器还可以应用于磨加工主动测量、测量长度位移量和制作电子测微仪等。

电容式传感器原理

一、电容传感器简介

电容传感器，英文名称为capacitive type transducer，是一种将其他量的变换以电容的变化体现出来的仪器。其主要由上下两电极、绝缘体、衬底构成，在压力作用下，薄膜产生一定的形变，上 下级间距离发生变化，导致电容变化，但电容并不随极间距离的变化而线性变化，其还需测量电路对输出电容进行一定的非线性补偿。

二、电容传感器分类

电容式传感器一 般由两个平行电极构成，在其两个电极之间以空气作为介质，在不考虑边缘效应的前提下，其电容可表示为C=εS/d，其中，ε表示两电极间介质(即空气)的 介电常数，S表示两电极之间相互覆盖的面积，d表示两电极间的距离，电容受这三个参数影响，任意一参数的改变就会使得电容得以改变。因此，可将电容传感器 分为介质变化型(ε的变化因此C的变化)、面积变化型(S的变化因此C的变化)和极距变化型(d的变化因此C的变化)三种。

三、电容传感器原理

电容传感器也称为电容物位计，其电容检测元件基于圆筒形电容器原理进行工作，圆筒形电容器主要由两个相互绝缘的同轴圆柱极板构成，在两个极板之间填充介 质，则该电容器的容量即为C=2∏eL/lnD/d，其中，ε表示两极板间介质的介电常数，L表示两极板之间相互重合的长度，D表示外面的圆柱形极板的直 径，d表示里面的圆柱形极板的直径，由于在固定情况下进行测量时，其D、d、e三个参量是不会变的，因此可根据测量的电容量得知其液位高度。

四、电容传感器优缺点

电容式传感器较电阻式传感器、电感式传感器而言具有一定的优势，但其也并不是完美无缺的，其也有缺点存在，下面我们就对电容式传感器的优缺点进行整合：

优点：价格便宜、实惠；灵敏度高、准确性好；结构简单；恶劣环境下也可适用；温度稳定性好；具有平均效应；动态响应性好；过载能力强。

缺点：输出非线性；寄生电容、分布电容的灵敏度、测量精确度易受影响，不稳定；连接电路较复杂。

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