互感传感器线圈互感原理在传感器中的实际应用

发布时间：2024-11-24 05:11:00

线圈互感原理在传感器中的实际应用

基于线圈互感原理，线圈与目标金属块之间是大约1mm的近场感应，线圈的工作频率大约为2-4MHz，与工频条件下数百至数千Hz的干扰源频率差很大，不受电磁干扰影响。在初级线圈中通过高频震荡电流，生成的磁通穿越次级线圈，产生稳定的互感值。当金属块靠近时，由于金属表面的涡流效应，会产生反向抵抗磁通，使互感值减小，减小的磁通面积如剖面所示。当金属块从左向右移动时，剖面面积逐步增大，互感值逐步减小，即可测得金属块的位移。线圈尺寸和互感的采样精度，共同决定了分辨率，采用特殊工艺的微型线圈可优于1um，在长量程的应用中，单一线圈的长度也可达到300mm。在实际的传感器中，由于初级线圈中的磁通在靠近线圈处更密集，因此次级线圈也会调整为正弦线型，并且由多个次级线圈共同工作，测得其信号的差分值，获得稳定可靠的输出。

一文了解传感器的分类及应用

传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是当今世界极其重要的高科技，一切现代化仪器、设备几乎都离不开传感器。它是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术，是涉及微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、电路与系统、传感技术、神经网络技术以及模糊控制理论等多种学科的综合性技术，而该技术也广泛应用到了军事、太空探索、智能家居、农业、医疗等领域。

一、传感器的定义：

“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

二、传感器的分类：

传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。

按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。

按工作原理可划分为：

1．电学式传感器

电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。

电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。

电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。

电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。

磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。

电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。

2．磁学式传感器

磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的测量。

3．光电式传感器

光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。

4．电势型传感器

电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。

5．电荷传感器

电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。

6．半导体传感器

半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。

7．谐振式传感器

谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。

8．电化学式传感器

电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。

另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光敏电阻受到光照射时，电阻值会发生变化，直接把光信号转换成电信号输出；后者则要把输入给传感器的非电量先转换成另外一种非电量，然后再转换成电信号输出，如采用弹簧管敏感元件制成的压力传感器就属于这一类，当有压力作用到弹簧管时，弹簧管产生形变，传感器再把变形量转换为电信号输出。

三、传感器的应用

1. 电阻式传感器

电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转化成为传感元件电阻值的变化再经过转换电路变成电信号输出。应用：1、应变电阻传感器，用来测量拉压应力，以及基于此的其它物理量;热敏电阻传感器，用来测量温度；滑臂式电阻传感器，用来测量几何位置（角度，位移）；磁敏电阻传感器，用来测量磁场。；光敏电阻传感器，用来测量光的强度；吸湿媒质电阻传感器，用来测量湿度；液体电阻率传感器，用来测量水溶离子浓度。

2. 电容式传感器

压电微位移、振动台，电子显微镜微调，天文望远镜镜片微调，精密微位移测量，量测液体位准、湿度、以及物质成分等。

3. 电感式传感器

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；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；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；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。

4. 磁电式传感器

磁电式传感器主要用于振动测量。其中惯性式传感器不需要静止的基座作为参考基准，它直接安装在振动体上进行测量，因而在地面振动测量及机载振动监视系统中获得了广泛的应用。常用地测振传感器有动铁式振动传感器、圈式振动速度传感器等。

5. 电涡流式传感器

电涡流式传感器可应用于测量振动，位移，厚度，转数，温度，硬度等参数，还可以进行无损探伤。KD2306 电涡流式传感器在位移方面的应用，可用于旋转机器轴向位移和胀差检测。

6. 电势型传感器

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。

7. 半导体传感器

半导体传感器的主要应用领域是工业自动化、遥测、工业机器人、家用电器、环境污染监测、医疗保健、医药工程和生物工程。半导体传感器按输入信息分为物理敏感、化学敏感和生物敏感半导体传感器三类。

8. 谐振式传感器

谐振式传感器具有体积小、重量轻、结构紧凑、分辨率高、精度高以及便于数据传输、处理和存储等优点。主要用于测量压力，也用于测量转矩、密度、加速度和温度等。

9. 电化学式传感器

化学传感器在环境与卫生监测中的应用：在环境与卫生监测中，常用于湿球温湿度计、手摇湿温度计和通风湿温度计等仪器测定空气湿度。电化学生物传感器在疾病早期诊断中的应用：DNA 电化学生物传感器是近几年国际热点研究的一类新型生物传感器，其具有特异性强、灵敏度高、检测快速、简单经济的特点，因此在肿瘤等重大疾病的早期诊断中具有重要的意义。

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