差動(dòng)互感電感式傳感器工作原理及轉(zhuǎn)換形式
能將一種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的裝置稱為換能器。這意味著傳感器可以將一種形式的信號(hào)轉(zhuǎn)換為另一種形式。這些傳感器主要用于自動(dòng)化、測(cè)量和控制系統(tǒng)，因?yàn)殡娦盘?hào)需要轉(zhuǎn)換為物理量，如力、扭矩、運(yùn)動(dòng)等。電機(jī)、太陽(yáng)能電池、白熾燈泡、麥克風(fēng)等都是傳感器的示例。
傳感器可以是電氣的或機(jī)械的。電傳感器可以將物理能轉(zhuǎn)換成電能。機(jī)械傳感器可以將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。本文介紹了一種電感式傳感器，它是一種電傳感器。
什么是電感式傳感器？
定義：根據(jù)電磁感應(yīng)原理或能量交換機(jī)制工作的傳感器稱為感應(yīng)傳感器。改變自感或互感以測(cè)量所需的物理量，如位移（旋轉(zhuǎn)或線性）、力、壓力、速度、扭矩、加速度等。這些物理量稱為已測(cè)量。線性可變差動(dòng)傳感器（LVDT）是電感式傳感器的一個(gè)例子。使用LVDT，通過(guò)在一個(gè)方向上移動(dòng)磁芯和繞組中感應(yīng)的電壓來(lái)測(cè)量位移。
電感式傳感器的類型
電感式傳感器可以是無(wú)源的，也可以是自發(fā)的。轉(zhuǎn)速表是自生電感式傳感器的一個(gè)例子。LVDT是無(wú)源電感式傳感器的一個(gè)示例。有兩種類型的電感式傳感器。
簡(jiǎn)單電感型
在這種類型的傳感器中，單個(gè)線圈用于測(cè)量所需的參數(shù)。位移的變化會(huì)改變電路中產(chǎn)生的磁通量的磁導(dǎo)率，導(dǎo)致線圈電感和輸出的變化。輸出可根據(jù)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行校準(zhǔn)。簡(jiǎn)單的感應(yīng)電路如下圖所示。單電感類型分為兩種類型。
單線圈感應(yīng)式
當(dāng)電路的電樞移動(dòng)時(shí)，磁性材料之間的氣隙和電路中產(chǎn)生的磁通量的磁導(dǎo)率發(fā)生變化。這將導(dǎo)致電路中的電感發(fā)生變化。此類型主要用于計(jì)算對(duì)象的數(shù)量。單線圈感應(yīng)電路如下所示。
線圈感應(yīng)電路
磁芯可在空心材料內(nèi)移動(dòng)，空心材料上繞有線圈。輸出與輸入成比例，可根據(jù)測(cè)量值進(jìn)行校準(zhǔn)。氣隙決定了線圈磁場(chǎng)和磁鏈的變化。
互感傳感器（兩個(gè)線圈）
在這種類型中，兩個(gè)線圈用于互感。一個(gè)用于產(chǎn)生激勵(lì)，另一個(gè)用于輸出。兩個(gè)線圈之間的電壓差取決于電樞的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電樞位置通過(guò)連接到可移動(dòng)的機(jī)械元件而改變時(shí)，電感改變。電樞和磁性材料之間的氣隙以及線圈中感應(yīng)的電壓取決于電樞位置的變化。這種類型也稱為差動(dòng)互感傳感器。
電感式傳感器的工作原理
一般電感式傳感器的工作原理是一個(gè)線圈的自感發(fā)生變化，兩個(gè)線圈的互感發(fā)生變化，從而產(chǎn)生渦流。由于線圈（次級(jí)或初級(jí)線圈）中磁通量的變化，電壓差和電感發(fā)生變化。下面介紹電感式傳感器的工作原理。
自感變化
考慮線圈的自感為：
L=N 2/R
線圈磁阻的表達(dá)式為：
R=l/μA
L=N 2μA/l
L=N 2μG
其中“N”代表圈數(shù)
'R'代表磁路的磁阻
“μ”代表線圈的磁導(dǎo)率（線圈內(nèi)部和周圍的介質(zhì)）
G=A/l=幾何形狀因子
'A'代表線圈的橫截面積
'l'代表線圈的長(zhǎng)度
從上面的等式中，我們可以觀察到，通過(guò)改變線圈的匝數(shù)、幾何形狀因子或磁導(dǎo)率，可以改變或改變自感。通過(guò)改變上述任何參數(shù)（匝數(shù)、形狀因數(shù)、磁導(dǎo)率），可以直接根據(jù)電感測(cè)量位移。我們還可以根據(jù)被測(cè)量校準(zhǔn)儀器。
互感變化
電感式換能器也是基于多個(gè)線圈互感的原理。我們考慮兩個(gè)線圈，它們具有自感L1和L2線圈的互感由下式給出，
M=K√L1L2
其中“K”代表耦合系數(shù)。因此，可以通過(guò)改變單個(gè)線圈的自感或改變耦合系數(shù)來(lái)改變互感。系數(shù)K取決于線圈的距離和方向。為了測(cè)量位移，一個(gè)線圈固定，另一個(gè)線圈連接到可移動(dòng)物體。當(dāng)物體移動(dòng)時(shí)，系數(shù)K會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致線圈中的互感發(fā)生變化。這種變化可以根據(jù)儀器的位移進(jìn)行校準(zhǔn)。
渦流生產(chǎn)
通過(guò)改變放置在線圈附近的導(dǎo)電板，可以改變感應(yīng)換能器中渦流的產(chǎn)生。當(dāng)導(dǎo)電板靠近載有交流電的線圈時(shí)，板內(nèi)會(huì)感應(yīng)出渦流，其自身的磁場(chǎng)作用于線圈。承載循環(huán)電流的導(dǎo)電板稱為渦流。
當(dāng)導(dǎo)電板靠近線圈時(shí)，其自身的磁通量會(huì)產(chǎn)生渦流，從而降低線圈的磁通量和電感。隨著線圈與導(dǎo)電板之間的距離減小，產(chǎn)生更高的渦流，線圈的電感減小得更多，反之亦然。因此，可以通過(guò)移動(dòng)導(dǎo)電板來(lái)測(cè)量電感的變化。可以校準(zhǔn)這種變化以測(cè)量?jī)x器中稱為位移的物理量。
電感式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)
電感式換能器的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。
·電感式傳感器可在任何環(huán)境條件下工作，如潮濕和高溫。這些還可以在工業(yè)環(huán)境中提供高性能。
·精度高，工作范圍穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)
·這些可以在工業(yè)應(yīng)用中以高開關(guān)率運(yùn)行。
·這些類型的傳感器可用于操作中的廣泛應(yīng)用
電感式換能器的缺點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。
·電感式換能器的工作和工作范圍取決于結(jié)構(gòu)和溫度條件
·取決于線圈的磁場(chǎng)。
電感式傳感器的應(yīng)用
