電感式傳感器 inductance type transducer 電感式傳感器是利用電磁感應把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉換。

　　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(wěn)定， 輸出功率較大等一系列優(yōu)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(tài)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。

　　電感式傳感器的原理分類

　　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［1］ 。

　　變磁阻式傳感器

　　當一個線圈中電流i變化時，該電流產(chǎn)生的磁通Φ也隨之變化，因而在線圈本身產(chǎn)生感應電勢e，這種現(xiàn)象稱之為自感。產(chǎn)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(fā)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(shù)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(xiàn)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。

　　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(jù)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

　　金屬導體置于變化著的磁場中，導體內(nèi)就會產(chǎn)生感應電流，這種電流像水中旋渦一樣

　　在導體轉圈，這種現(xiàn)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(jù)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(chǎn)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(chǎn)生新的交變磁場H2。

　　電感式傳感器的優(yōu)缺點

　　電感式傳感器的主要優(yōu)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(jīng)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(tài)測量；

　　（2） 對激磁電源的頻率和幅度的穩(wěn)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。

　　電感式傳感器的應用

　　傳感器作為采集和獲取信息的工具，對系統(tǒng)的自動化檢測和質(zhì)量監(jiān)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(nèi)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(shù)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(huán)境要求不高、穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)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(tǒng)中。

　　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(xiàn)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(jiān)測吊具導向輪等等。

　　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(yè)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(shù)轉速表及汽車防護系統(tǒng)的控制等。另外該類傳感器還可用在給料管系統(tǒng)中小物體檢測、物體噴出控制、斷線監(jiān)測、小零件區(qū) 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(jù)其位移量的變化而使繞組線圈的白感量或是互感量發(fā)生變化來進行位移測量，因此根據(jù)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(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)科科學技術上，尤其是在白動控制系統(tǒng)、機械加工與測量行業(yè)中應用十分廣泛。

　　電感式傳感器的使用注意事項

　　（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(huán)境等。

　　（2） 鐵心材料的選擇

　　鐵心材料選擇的主要依據(jù)是要具有較高的導磁系數(shù)，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(wěn)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(yōu)點：能提高線圈的品質(zhì)因數(shù)；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。