電感測量傳感器：怎么提高電感傳感器測量的靈敏度？

1、改進后電路的模型建立
1．1半橋式改進電路
如果沒有C1和C2為普通半橋電路，虛線框中為電感傳感器的等效電路，傳感器測頭的位移帶動螺線管中鐵芯上下移動，從而改變上下兩個線圈的電感值。將兩線圈等效成純電阻和純電感的串聯，如圖中R1和L1組成上線圈，R2和L2組成下線圈，輸出接在上線圈上。實際傳感器中線圈與輸出的接線不會變，只是通過鐵芯移動來改變電感，所以R1和R2固定不變。輸出電壓
在上下兩個線圈并聯電容C1和C2后，分別形成了諧振回路I和回路II。如果鐵芯在最下方時：回路II諧振，回路I失諧。當鐵芯在最上方時：回路I諧振，回路II失諧。由于諧振電路在諧振時的阻抗會遠大于失諧時的阻抗。可以定性地得出，鐵芯在最下方時Uout的幅值會比沒有電容小，在最上方時會比沒有電容時大，所以靈敏度會增大。但在最下方和最上方中間的變化情況，以及它的線性度則需要后邊仿真來確定。輸出電壓
1．2全橋式改進電路
普通全橋電路圖2(a)，傳感器上下兩線圈分別與匹配電阻R3和R4相連，在L1=L2時電橋平衡，當向上發生△X的位移時，鐵芯上移，L1增大△L，L2減小△L，Uout的變化會比半橋方式增加近兩倍，輸出電對上下兩線圈分別采用并聯和串聯電容C1和C2的方式，形成諧振回路I和回路II，通過后續仿真觀察這兩種方式電路性能的變化情況。輸出電壓
2、電路的仿真
2．1仿真平臺及仿真條件
仿真平臺使用Multisim，它是美國國家儀器(NI)有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬／數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有龐大的元器件庫和全面的儀器儀表庫和豐富的仿真分析能力。采用它來對改進前后的電路進行仿真。
在仿真之前，先結合工程實際情況對仿真條件進行一些設定：
(1)激勵電源：頻率為7．5kHz，峰峰值為5V的交流電。
(2)傳感器：總電感值為10mH差動電感傳感器，線性范圍為3～7mH，電感的自身的電阻值為54Ω。
如上文所述R1和R2固定不變，所以R1和R2為27Ω。而對應的純電感L1和L2，會隨著位移線行變化，滿足L1 L2=10mH(3<l1<7，3<l2<7)。 2．2仿真過程及結果="" 對于半橋時電路ii由于希望鐵芯在最下方時回路ii諧振，最上方時回路i諧振，因為l1和l2的變化范圍為3～7mh。l2為7mh時回路ii諧振，l1為7mh時回路i諧振。按照仿真條件計算c1="C2=65nF。簡化仿真不妨取C1=C2，在65nF附近從55～100nF間隔5nF進行仿真，觀察電路性能，仿真結果如圖3所示。" 可以看出不同的電容值對電路的性能影響很大，如果選擇不恰當，反而會使系統性能下降。只有選擇適當容量的電容大小才能使測量靈敏度提高，同時保持盡量小的線性誤差。所以選取曲線在l1="3～7mH段時，靈敏度最高，線性度最好，進行最小二乘計算，它與普通半橋的對比如圖4所示。" 經matlab計算普通半橋在3～7mh段，電壓變化范圍1．5～3．5v，電壓對電感的靈敏度為0．5v／mh。線性度近似為1。對圖4(b)采用最小二乘法擬合直線后，在3．8～6．3mh段，輸出電壓的變化范圍0．77～4．39v。線性度可達2．39％，靈敏度為1．448v／mh。="" 對全橋電路的仿真與半橋的方法類似，需要注意的是希望電橋在l1="L2=5mL時平衡，所以對于匹配電阻的選取需要根據仿真條件計算" 對于電路i：r3="R4=|jw×0．005" r1|="237Ω；電路II：R3=R4=|(jwL" r1)∥(1／jwc1)|="817Ω；電路III：R3=R4=|jwL" r1="" (1／jwc1)|="98Ω。" 對于使用電容的電路，同樣對不同的電容值條件下的電路進行仿真，選出性能最好的如圖5所示。="" 普通全橋在3．8～6．3mh段，電壓變化范圍為-1．2～="" 1．3v，電壓對電感的靈敏度為1v／mh。線性度近似為1．38。對圖5(b)和圖5(c)使用matlab進行最小擬合直線如圖所示，在3．8～6．3mh段，并聯方式輸出電壓的變化范圍為-2．66～="" 2．66v，靈敏度為2．130v／mh線性度可達1．68％。串聯方式的輸出電壓范圍約為-1．25～="" 1．25v，靈敏度約為2．130v／mh線性度可達1．33％。="" 更多內容：=""

原標題：電感式傳感器

電流傳感器是被廣泛用于的一種電磁機械式傳感器，它除可直接用于測量直線位移、角位移的靜態的動態量外，還可以它為基礎，做很多種用途的傳感器，用以測量力，壓力、轉矩等。

電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來實現測量的一種裝置，可以用來測量位移、振動、壓力、流量、重量、力矩、應變等多種物理量。電感式傳感器的核心部分是可變自感或可變互感，在被測量轉換成線圈自感或互感的變化時，一般要利用磁場作為媒介或利用鐵磁體的某些現象。這類傳感器的主要特征是具有線圈。

電感式傳感器具有以下優點:結構簡單可靠，輸出功率大，抗干擾能力強，對工作環境要求不高，分辨力較高(如在測量長度時一般可達0.1 μm),示值誤差一般為示值范圍的0. 1%~0.5%，穩定性好。它的缺點是頻率響應低，不宜用于快速動態測量。一般說來，電感式傳感器的分辨力和示值誤差與示值范圍有關。示值范圍大時，分辨力和示值精度將相應降低。電感式傳感器種類很多，有利用自感原理做成的自感式傳感器(通常稱電感式傳感器)和利用互感原理做成的差分變壓器式傳感器。此外，還有利用渦流原理做成的渦流式傳感器、利用壓磁原理做成的壓磁式傳感器和利用互感原理做成的感應同步器等。

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電感測量傳感器：電感式傳感器_1

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電感式傳感器
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。
電感式傳感器是利用線圈自感或互感系數的變化來實現非電量電測的一種裝置。利用電感式傳感器，能對位移、壓力、振動、應變、流量等參數進行測量。它具有結構簡單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強及測量精度高等一系列優點，因此在機電控制系統中得到廣泛的應用。它的主要缺點是響應較慢，不宜于快速動態測量，而且傳感器的分辨率與測量范圍有關，測量范圍大，分辨率低，反之則高。
[1]
中文名
電感式傳感器
外文名
Inductance Type Transducer
應用學科
物理
自感式
變磁阻式傳感器
互感式
差動變壓器式傳感器
目錄
1
裝置簡介
2
工作原理
3
裝置分類
4
裝置應用
5
優缺點
6
產品選購
7
產品要求
電感式傳感器裝置簡介
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語音
電感式傳感器利用電磁感應原理將被測非電量如位移、壓力、流量、 振動等轉換成線圈自感量L或互感量M的變化, 再由測量電路轉換為電壓或電流的變化量輸出。電感式傳感器具有結構簡單, 工作可靠, 測量精度高, 零點穩定, 輸出功率較大等一系列優點, 其主要缺點是靈敏度、線性度和測量范圍相互制約, 傳感器自身頻率響應低, 不適用于快速動態測量。電感式傳感器種類很多，常見的有自感式傳感器，互感式傳感器和電渦流式傳感器三種。
電感式傳感器工作原理
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語音
電感式傳感器的工作原理是電磁感應。它是把被測量如位移等，轉換為電感量變化的一種裝置。按照轉換方式的不同，可分為自感式（包括可變磁阻式與渦流式）和互感式（差動變壓器式）兩種
[2]
。變磁阻式傳感器
圖1
當一個線圈中電流i變化時，該電流產生的磁通Φ也隨之變化，因而在線圈本身產生感應電勢e，這種現象稱之為自感。產生的感應電勢稱為自感電勢。變磁阻式傳感器的結構如圖1所示。它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為δ，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時，氣隙厚度δ發生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。特點：變磁阻式傳感器具有很高的靈敏度，這樣對待測信號的放大倍數要求低。但是受氣隙δ寬度的影響，該類傳感器的測量范圍很小。可變磁阻式傳感器自感自感L與氣隙δ成反比，而與氣隙導磁截面積S0成正比。靈敏度S與氣隙長度δ的平方成反比，δ愈小，靈敏度S愈高。為了減小非線性誤差，在實際應用中，一般取。這種傳感器適用于較小位移的測量，一般約為0.001～1 mm。差動變壓器式傳感器互感型傳感器的工作原理是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。由于常采用兩個次級線圈組成差動式，故又稱差動變壓器式傳感器。差動變壓器式傳感器輸出的電壓是交流量，如用交流電壓表指示，則輸出值只能反應鐵芯位移的大小，而不能反應移動的極性；同時，交流電壓輸出存在一定的零點殘余電壓，使活動銜鐵位于中間位置時，輸出也不為零。因此，差動變壓器式傳感器的后接電路應采用既能反應鐵芯位移極性，又能補償零點殘余電壓的差動直流輸出電路。
圖2
把被測的非電量變化轉換為線圈互感變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組用差動形式連接，故稱差動變壓器式傳感器。差動變壓器結構形式較多，有變隙式、變面積式和螺線管式等。變隙式傳感器的結構原理如圖2所示。圖2中r1a與L1a , r1b與L1b , r2a與L2a , r2b與L2b，分別為W1a , W1b , W2a, W2b繞阻的直流電阻與電感。電渦流式傳感器
圖3
金屬導體置于變化著的磁場中，導體內就會產生感應電流，這種電流像水中旋渦一樣在導體轉圈，這種現象稱為渦流效應。電渦流式傳感器結構示意圖如圖3所示。 根據法拉第定律，當傳感器線圈通以正弦交變電流I1時，線圈周圍空間必然產生正弦交變磁場H1，使置于此磁場中的金屬導體中感應電渦流I2，I2又產生新的交變磁場H2。
電感式傳感器裝置分類
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語音
電感式傳感器分為 3 種類型：改變氣隙厚度 δ 的自感傳感 器，即變間隙式電感傳感；改變氣隙截面 S 的自感傳感器，即 變截面式電感傳感器；同時改變氣隙厚度 δ 和氣隙截面 S 的自 感傳感器，即螺管式電感傳感器。變間隙型電感傳感器這種傳感器的氣隙 δ 隨被測量的變 化而改變，從而改變磁阻。 它的靈敏度和非線性都隨氣隙的增 大而減小，因此常常要考慮兩者兼顧． δ 一般取在 0． 1 ～ 0． 5 毫 米之間。改變面積型電感傳感器這種傳感器的鐵芯和銜鐵之間的 相對覆蓋面積( 即磁通截面) 隨被測量的變化而改變，從而改 變磁阻． 它的靈敏度為常數，線性度也很好。 螺管插鐵型電感傳感器。 它由螺管線圈和與被測物體相連 的柱型銜鐵構成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻 的變化。 銜鐵隨被測物體移動時改變了線圈的電感量。這種傳 感器的量程大，靈敏度低，結構簡單，便于制作。螺管插鐵型電感傳感器它由螺管線圈和與被測物體相連的柱型銜鐵構成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。銜鐵隨被測物體移動時改變了線圈的電感量。這種傳感器的量程大，靈敏度低，結構簡單，便于制作。
電感式傳感器裝置應用
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語音
傳感器作為采集和獲取信息的工具，對系統的自動化檢測和質量監測起著重要作用。電感式傳感器是一種互感式電感傳感器，它可將微小的機械量，如位移、振動、壓力造成的長度、內徑、外徑、不平行度、不垂直度、偏心、橢圓度等非電量物理量的幾何變化轉換為電信號的微小變化，轉化為電參數進行測量，是一種靈敏度較高的傳感器，具有結構簡單可靠、輸出功率大、抗阻抗能力強、對工作環境要求不高、穩定性好等一系列優點，因而被廣泛應用于各種工程物理量檢測與自動控制系統中
[3]
。比如:用電感式位移傳感器提高軸承制造的精度；用電感測微儀測量微小精密尺寸的變化；實現液壓閥開口位置的精準測量；用于設計智能紡織品的柔性傳感器；用電感傳感器原理的孔徑錐度誤差測量儀；用電感傳感器檢測潤滑油中磨粒；用電感傳感器監測吊具導向輪等等
[4]
。電感傳感器還可用作磁敏速度開關、齒輪齡條測速等，該類傳感器廣泛應用于紡織、化纖、機床、機械、冶金、機車汽車等行業的鏈輪齒速度檢測，鏈 輸送帶的速度和距離檢測，齒輪齡計數轉速表及汽車防護系統的控制等。另外該類傳感器還可用在給料管系統中小物體檢測、物體噴出控制、斷線監測、小零件區 分、厚度檢測和位置控制等。電感式位移傳感器利用導線制成特定的線圈繞組，根據其位移量的變化而使繞組線圈的白感量或是互感量發生變化來進行位移測量，因此根據其轉換原理電感式位移傳感器可分為自感型和互感型兩大類。電感式位移傳感器是一種機電轉換裝置，在現代工業生產科科學技術上，尤其是在白動控制系統、機械加工與測量行業中應用十分廣泛
[5]
。
電感式傳感器優缺點
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語音
電感式傳感器的主要優點是：(1) 結構簡單，可靠；(2) 靈敏度高，最高分辨力達0.1μm ；(3) 測量精確度高，輸出線性度可達±0.1% ；(4) 輸出功率較大，在某些情況下可不經放大，直接接二次儀表。其缺點是：(1) 傳感器本身的頻率響應不高，不適于快速動態測量；(2) 對激磁電源的頻率和幅度的穩定度要求較高;(3) 傳感器分辨力與測量范圍有關，測量范圍大，分辨力低，反之則高。
電感式傳感器產品選購
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語音
(1) 方案選擇在選擇方案之前應首先弄清給定的技術指標，如示值范圍、示值誤差、分辨力、重復性誤差、時漂、溫漂、使用環境等。(2) 鐵心材料的選擇鐵心材料選擇的主要依據是要具有較高的導磁系數，較高的飽和磁感應強度和較小的磁滯損耗，剩磁 和矯頑磁力 都要小。另外，還要求電阻率大，居里點溫度高，磁性能穩定，便于加工等。常用導磁材料有鐵氧體、鐵鎳合金、硅鋼片和純鐵。(3)電源頻率的選擇提高電源頻率有下列優點：能提高線圈的品質因數；靈敏度有一定的提高；適當提高頻率還有利于放大器的設計。但是，過高的電源頻率也會帶來缺點，如鐵心渦流損耗增加；導線的集膚效應等會使靈敏度減低；增加寄生電容（包括線圈匝間電容）以及外界干擾的影響。
電感式傳感器產品要求
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語音
1、檢測距離的衰減性。滑翹為鐵質，適合電感式傳感器檢測；而滑翹被測部分的尺寸略小于標準檢測物尺寸（標準被測物尺寸為3倍額定檢測距離，此應用中，標準尺寸應為120*120mm），這樣的話就會有一定的衰減。2、現場抗干擾能力。這個是不容忽視的問題，普通電感式傳感器容易被電機或變頻器干擾，很多技術人員只對在此附近的應用選擇相應強抗電磁干擾的傳感器。但在汽車制造車間，廠房大，現場技術人員習慣使用對講機溝通，尤其是邊走邊用對講機對話時，會不經意的靠近傳感器，導致短暫失效。3、安裝方面。隨著電感式傳感器的普及，傳感器不僅僅在電氣性能方面有所提升，其機械方面的設計也越來越人性化。要在最大程度的實現人性化安裝。減少了多種近似產品的備貨和減少了安裝、維護的時間。4、穩定運行的保障。在車廠的使用中，要杜絕任何油污、塵污的侵蝕。另外，滑翹經過軌道時，震動是長期存在的，優異的抗震動性同樣是有著非常重要的作用
[6]
。
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電感式傳感器具有哪些顯著特點？
電感式傳感器是利用線圈自感或互感的改變來實現測量的一種裝置，被大量應用在各行各業，特別是機床行業和汽車制造等行業。電感式傳感器通常由振蕩器、開關電路及放大輸出電路三大部分組成。其結構簡單，無活動電觸點，工作壽命長，而且靈敏度和分辨力高，輸出信號強。線性度和重復性都比較好，能...
2020-11-200
長江傳感
上海長江電氣設備集團有限公司官方帳號
電感式傳感器在數控切割機中割炬定位及防碰撞保護的應用
數控切割機是工業領域在生產制造過程中的重要設備，更是型鋼、鋼板及鋼管熱切割中的必要工序。從早期替代手工下料，到現在完全依賴數控切割機。這類技術的發展為機械、冶金、化工、造船和橋梁等行業帶來了巨大的生產力，如今已很難想象沒有數控切割機的場景。伴隨著工業自動化不斷的發展，等離子...
2020-10-231
參考資料
1.

祝詩平．傳感器與檢測技術：北京大學出版社，中國林業出版社，2006年：114
2.

電感式傳感器原理
．大比特商務網[引用日期2015-06-30]
3.

電感式傳感器應用于自動化生產線
．中國移動物聯網[引用日期2013-06-21]
4.

陳宏. 電感式傳感器最佳工作條件[J]. 實驗室研究與探索,2016,03:32-36+55.
5.

秦亮亮. 開關電感式位移傳感器的研究與設計[D].東北農業大學,2013.
6.

陳杰．傳感器與檢測技術：高等教育出版社，2002.8：45

電感測量傳感器：電感式傳感器的功能及測量原理

電感式傳感器應用的理論基礎是電磁感應，
即利用線圈電感或互感的改變來
實現非電量測量。依據電磁感應的原理，把被測物理量變化轉換為自感系數
L
或互感系數
M
的變換。前者稱為自感式傳感器，后者稱為互感式傳感器或變壓
器式傳感器。

?
?
電感式傳感器具有結構簡單可靠、分辨率高、零點漂移小、線性度好、性能
穩定、抗沖擊等優點。主要缺點是靈敏度、線性度和測量范圍相互制約，傳感器
自身頻率響應低，不適用于快速動態測量。在工業自動化中，廣泛應用于位移、
壓力、流量等方面的測量。

?
?
電感式傳感器的種類很多，
根據工作原理的不同，
可分為變磁阻式、
變氣隙
式（自感式），變壓器式和渦流式（互感式）等種類。

?
?
M. Faraday
在其提出的電磁感應定律（
1831
年）指出，當一個線圈中電流
i
變化時，該電流產生的磁通量
Φ
也隨之變化，因而在線圈繞組產生感應電勢
e
，

這種現象稱為自感，
產生的感應電勢稱為自感電勢。
變磁阻式傳感器屬于自感式
傳感器。這種形式的電感傳感器也稱為變氣隙式電感傳感器。

?
?
它由線圈、鐵芯和銜鐵

3
部分組成。鐵芯和銜鐵由導磁材料如硅鋼片或其
他合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為
δ
，被測部件與銜鐵相連。
當被測部件移動時，就引起銜鐵移

動，氣隙厚度
δ
隨之發生改變，引起磁路中
磁阻的變化，從而導致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出電感量的變化，
就能確定銜鐵位移量的大小和方向，也就

實現了對被測部件的測量。

?
?
差動變隙式電感傳感器由兩個相同的電感線圈和磁路組成。
測量時，
銜鐵與被測物體相
連，
當被測物體上下移動時，
帶動銜鐵以相同的位移上下移動，
兩個磁回路的磁阻發生大小
相等、
方向相反的變化，
一個線圈的電感量增加，
另一個線圈的電感量減小，
形成差動結構。
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以及依托線下貿易交易市場在工業用品行業上游
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器、圖爾克傳感器、變頻器、斷
路器、繼電器、
PLC
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品等一系列自動化的工控產品。

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