電感式傳感器

電感式傳感器是一種參數型傳感器，其工作原理基於變化 電感 L或繞組與鐵芯的互感，由於鐵芯進入的傳感器磁路的磁阻RM發生變化。

電感式傳感器在工業中廣泛用於測量位移，測量範圍從 1 μm 到 20 mm。也可以使用電感式傳感器來測量壓力、力、氣體和液體流量等。在這種情況下，使用各種敏感元件將測量值轉換為位移變化，然後將該值饋送到感應測量傳感器。

在壓力測量的情況下，敏感元件可以製成彈性薄膜、套筒等形式。它們也用作接近傳感器，用於以是或否原則以非接觸方式檢測各種金屬和非金屬物體。

電感式傳感器的優點：

• 結構簡單且強度高，無滑動接觸；

• 能夠連接工頻源；

• 輸出功率相對較高（可達幾十瓦）；

• 顯著的敏感性。

電感式傳感器的缺點：

• 操作的準確性取決於電源電壓按頻率的穩定性；

• 只能使用交流電進行操作。

電感轉換器的類型及其設計特點

根據構造方案，電感式傳感器可分為單式和差動式。電感式傳感器包含一個測量支路，一個差分一-二支路。

在差分電感式傳感器中，當被測參數發生變化時，兩個相同線圈的電感值同時發生變化，變化量相同，符號相反。

眾所周知， 線圈電感:

其中 W 是圈數； F——穿過它的磁通量； I——通過線圈的電流。

電流與 MDS 的關係為：

我們從哪裡得到：

其中Rm = HL / Ф為電感式傳感器的磁阻。

例如，考慮一個電感式傳感器。它的操作基於氣隙扼流圈的特性，隨著氣隙值的變化而改變其電感。

電感式傳感器由一個磁軛 1、一個線圈 2、一個由彈簧固定的電樞 3 組成。交流電源電壓通過負載電阻Rn提供給線圈2。負載電路中的電流定義為：

其中 rd 是扼流圈的有源電阻； L 是傳感器的電感。

由於電路的有源電阻是恆定的，那麼電流I的變化只能由於電感分量XL = IRn的變化而發生，這取決於氣隙δ的大小。

對於每個值 δ 對應於特定值 I，這會在電阻 Rn 上產生電壓降： Uout = IRn — 是傳感器的輸出信號。如果氣隙足夠小並且可以忽略雜散磁通，並且與氣隙磁阻 Rmw 相比可以忽略鐵磁阻 Rmw，則可以推導出分析相關性 Uout = f (δ)。

這是最終的表達：

在實際設備中，電路的有源電阻遠小於感性電阻，則表達式簡化為：

Uout = f (δ) 的相關性是線性的（在一階近似中）。實際功能如下：

開始時與線性的偏差由公認的假設 Rmzh << Rmv 來解釋。

d小時，鐵的磁阻與空氣的磁阻相當。

大 d 時的偏差可以解釋為在大 d 時 RL 與有源電阻值 — Rn + rd 相稱。

通常，所考慮的電感式傳感器具有許多明顯的缺點：

• 改變運動方向時電流相位不變；

• 如果需要測量兩個方向的位移，則需要設置初始氣隙，因此需要設置電流I0，不方便；

• 負載電流取決於電源電壓的幅值和頻率；

• 在傳感器運行期間，磁路的吸引力作用在電樞上，電樞沒有任何平衡，因此會在傳感器的運行中引入誤差。

差分（可逆）電感式傳感器 (DID)

差動電感式傳感器是兩個不可逆傳感器的組合，並製成由兩個磁路組成的系統形式，兩個磁路具有一個公共電樞和兩個線圈。差分電感式傳感器需要兩個獨立的電源，為此通常使用隔離變壓器5。

磁路形狀可以是W型磁路的微分電感式傳感器，電工鋼橋架（1000Hz以上頻率使用鐵鎳透摩爾合金），圓柱形密圓形磁路.傳感器形狀的選擇取決於它與受控設備的結構組合。採用W型磁路是為了方便組裝線圈和減小傳感器的尺寸。

為了給微分感應傳感器供電，使用具有用於次級繞組中點的輸出的變壓器5。裝置4夾在它與兩個線圈的公共端之間，氣隙為0.2-0.5mm。

在電樞的中間位置，當氣隙相同時，線圈3和3'的感應電阻相同，因此線圈中的電流值等於I1 = I2並且得到設備中的電流為 0。

隨著電樞在一個方向或另一個方向上的輕微偏差，在控制值 X 的影響下，間隙和電感的值發生變化，設備記錄差動電流 I1-I2，這是電樞的函數從中間位置的位移。通常使用輸入端帶有整流電路 B 的磁電設備 4（微安表）記錄電流差異。

電感式傳感器的特點是：

無論線圈阻抗變化的符號如何，輸出電流的極性都保持不變。當電樞偏離中間位置的方向發生變化時，傳感器輸出端電流的相位發生反向變化（180°）。使用相敏整流器時，可以從中間位置獲得電樞運動方向的指示。帶相頻濾波器的差分電感式傳感器的特點如下：

電感式傳感器轉換錯誤

電感式傳感器的信息容量在很大程度上取決於其轉換被測參數時的誤差。電感式傳感器的總誤差由大量誤差分量組成。

可以區分以下感應式傳感器錯誤：

1) 特性的非線性引起的誤差。總誤差的乘法分量。由於測量值的感應轉換原理是電感式傳感器運行的基礎，因此它是必不可少的，並且在大多數情況下決定了傳感器的測量範圍。在傳感器開發期間必須接受評估。

2) 溫度誤差。隨機成分。由於傳感器組件的大量與溫度相關的參數，組件的誤差可以達到很大的值並且很重要。在傳感器設計中進行評估。

3) 外部電磁場影響造成的誤差。總誤差的隨機分量。它的發生是由於外部磁場在傳感器繞組中感應電動勢，以及磁路的磁特性在外部磁場的影響下發生變化。在有電力電氣裝置的工業場所，檢測到感應強度為 T 且頻率主要為 50 Hz 的磁場。

由於電感式傳感器的磁芯在 0.1 — 1 T 的感應下工作，因此即使沒有屏蔽，外部磁場的份額也將為 0.05-0.005%。屏幕輸入和差分傳感器的使用將這一比例降低了大約兩個數量級。因此，只有在設計靈敏度低且不可能進行充分屏蔽的傳感器時，才應考慮由於外場影響引起的誤差。在大多數情況下，這個誤差成分並不重要。

4) 磁彈性效應引起的誤差。它的出現是由於傳感器組裝期間磁路變形的不穩定性（附加組件）以及傳感器操作期間變形的變化（任意組件）。考慮到磁路中存在間隙的計算表明，磁路中機械應力不穩定性的影響導致階數傳感器輸出信號的不穩定性，並且在大多數情況下可以特別忽略該分量。

5) 線圈應變片效應引起的誤差。隨機成分。纏繞傳感器線圈時，導線中會產生機械張力。傳感器工作期間這些機械應力的變化會導致線圈對直流電的電阻發生變化，從而導致傳感器輸出信號發生變化。通常對於正確設計的傳感器，即不應專門考慮此組件。

6) 與連接電纜的偏差。它的發生是由於電纜的電阻在溫度或變形的影響下不穩定，以及由於在外部場的影響下在電纜中感應 EMF。是錯誤的隨機分量。如遇電纜自身電阻不穩定，傳感器輸出信號誤差。連接電纜的長度為 1-3 m，很少超過。當電纜由截面銅線製成時，電纜的電阻小於0.9歐姆，阻值不穩定。由於傳感器阻抗通常大於 100 歐姆，因此傳感器輸出中的誤差可能大至因此，對於低工作電阻的傳感器，必須估計誤差。在其他情況下，它並不重要。

7) 設計錯誤。它們是在以下原因的影響下產生的：測量力對傳感器部件變形的影響（加法），測量力差異對變形不穩定性的影響（乘法），測量脈衝傳輸期間測量桿的導軌（乘法），由於運動部件的間隙和反沖（隨機）導致測量脈衝傳輸的不穩定性。設計誤差主要由設計中的缺陷決定傳感器的機械元件，並不特定於電感式傳感器。這些誤差的評估是根據用於評估測量裝置的運動傳動裝置的誤差的已知方法進行的。

8) 技術錯誤。它們的產生是由於傳感器部件（添加劑）相對位置的技術偏差，生產過程中部件和線圈參數的分散（添加劑），技術差距的影響以及部件和導軌連接的緊密性（隨意的）。

傳感器結構的機械元件製造中的技術錯誤也不是電感式傳感器特有的；它們使用機械測量設備的常用方法進行評估。磁路和傳感器線圈的製造誤差會導致傳感器參數的偏差，並導致難以確保傳感器的互換性。

9) 傳感器老化錯誤。該誤差分量首先由傳感器結構的運動元件的磨損引起，其次由傳感器磁路的電磁特性隨時間的變化引起。這個錯誤應該被認為是偶然的。在評估磨損引起的誤差時，會考慮每種特定情況下傳感器機構的運動學計算。在傳感器設計階段，在這種情況下，建議設定傳感器在正常工作條件下的使用壽命，在此期間附加磨損誤差不會超過規定值。

材料的電磁特性隨時間而變化。

在大多數情況下，在磁路經過熱處理和退磁後的前 200 小時內，電磁特性發生顯著變化的過程就會結束。將來，它們幾乎保持不變，不會對電感式傳感器的整體誤差產生重大影響。

對電感式傳感器誤差分量的上述考慮使得可以評估它們在傳感器總誤差形成中的作用。在大多數情況下，決定因素是特性的非線性誤差和電感轉換器的溫度誤差。