電感傳感器是一種利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電感量變化的傳感器。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人技術(shù)、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
一、電感傳感器的基本原理
- 電磁感應(yīng)原理
電感傳感器的工作原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律,即當(dāng)磁場(chǎng)中的磁通量發(fā)生變化時(shí),會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。具體來(lái)說(shuō),當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí),會(huì)在其周?chē)a(chǎn)生變化的磁場(chǎng),從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線圈的電感量成正比,與電流的變化率成正比。
- 電感量的變化
電感傳感器的電感量變化可以通過(guò)以下幾種方式實(shí)現(xiàn):
(1)自感式:通過(guò)改變線圈的幾何形狀或線圈中電流的變化來(lái)改變電感量。
(2)互感式:通過(guò)改變兩個(gè)線圈之間的相對(duì)位置或磁場(chǎng)的變化來(lái)改變電感量。
(3)變磁阻式:通過(guò)改變線圈與磁芯之間的相對(duì)位置來(lái)改變磁阻,從而改變電感量。
- 信號(hào)轉(zhuǎn)換
電感傳感器將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電感量的變化,然后通過(guò)電路將電感量的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化,以便于后續(xù)的信號(hào)處理和顯示。
二、電感傳感器的類(lèi)型
電感傳感器按照其工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),可以分為以下幾種類(lèi)型:
- 自感式電感傳感器
自感式電感傳感器是通過(guò)改變線圈的幾何形狀或線圈中電流的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)電感量變化的傳感器。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),又可以分為以下幾種:
(1)變氣隙式:通過(guò)改變線圈與被測(cè)物體之間的氣隙大小來(lái)改變電感量。
(2)螺線管線圈式:通過(guò)改變線圈的匝數(shù)或線圈的直徑來(lái)改變電感量。
(3)變截面式:通過(guò)改變線圈的截面積來(lái)改變電感量。
- 互感式電感傳感器
互感式電感傳感器是通過(guò)改變兩個(gè)線圈之間的相對(duì)位置或磁場(chǎng)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)電感量變化的傳感器。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),又可以分為以下幾種:
(1)差動(dòng)變壓器式:由兩個(gè)相互耦合的線圈組成,其中一個(gè)線圈作為原邊,另一個(gè)線圈作為副邊。當(dāng)被測(cè)物體引起原邊線圈的電感量變化時(shí),副邊線圈的電感量也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化,從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
(2)感應(yīng)同步器式:由兩個(gè)相互耦合的線圈組成,其中一個(gè)線圈固定在被測(cè)物體上,另一個(gè)線圈固定在測(cè)量裝置上。當(dāng)被測(cè)物體移動(dòng)時(shí),兩個(gè)線圈之間的相對(duì)位置發(fā)生變化,從而引起電感量的變化。
- 變磁阻式電感傳感器
變磁阻式電感傳感器是通過(guò)改變線圈與磁芯之間的相對(duì)位置來(lái)改變磁阻,從而改變電感量的傳感器。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),又可以分為以下幾種:
(1)線性變磁阻式:磁芯在直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,與線圈之間的相對(duì)位置發(fā)生變化,從而引起電感量的變化。
(2)旋轉(zhuǎn)變磁阻式:磁芯在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,與線圈之間的相對(duì)位置發(fā)生變化,從而引起電感量的變化。
- 電渦流式電感傳感器
電渦流式電感傳感器是一種利用電渦流效應(yīng)將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電感量變化的傳感器。當(dāng)線圈中的交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)時(shí),會(huì)在被測(cè)物體中產(chǎn)生電渦流,從而影響線圈的電感量。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),又可以分為以下幾種:
(1)平面式:線圈和被測(cè)物體都在同一平面上。
(2)探頭式:線圈制成探頭形狀,插入被測(cè)物體中。
- 磁敏電阻式電感傳感器
磁敏電阻式電感傳感器是一種利用磁敏電阻元件將磁場(chǎng)的變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的傳感器。當(dāng)被測(cè)物體引起磁場(chǎng)的變化時(shí),磁敏電阻元件的電阻值也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化,從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
三、電感傳感器的應(yīng)用
- 位移測(cè)量
電感傳感器可以用于測(cè)量物體的線性或角度位移。例如,變氣隙式電感傳感器可以用于測(cè)量機(jī)床的刀具位置,感應(yīng)同步器式電感傳感器可以用于測(cè)量轉(zhuǎn)軸的角度位置。
- 速度測(cè)量
電感傳感器可以用于測(cè)量物體的速度。例如,電渦流式電感傳感器可以用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的線速度或角速度。
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