电感式传感器

电感式传感器是一种参数型传感器，其工作原理基于变化 电感 L或绕组与铁芯的互感，由于铁芯进入的传感器磁路的磁阻RM发生变化。

电感式传感器在工业中广泛用于测量位移，范围从 1 μm 到 20 mm。也可以使用电感式传感器来测量压力、力、气体和液体流量等。在这种情况下，使用各种敏感元件将测量值转换为位移变化，然后将该值馈送到感应测量传感器。

在压力测量的情况下，敏感元件可以制成弹性薄膜、套筒等形式。它们也用作接近传感器，用于根据是或否原则以非接触方式检测各种金属和非金属物体。

电感式传感器的优点：

• 结构简单且强度高，无滑动接触；

• 能够连接工频源；

• 输出功率相对较高（可达几十瓦）；

• 显着的敏感性。

电感式传感器的缺点：

• 操作的准确性取决于电源电压按频率的稳定性；

• 只能使用交流电进行操作。

电感转换器的类型及其设计特点

根据构造方案，电感式传感器可分为单式和差动式。电感式传感器包含一个测量支路，一个差分一-二支路。

在差分电感式传感器中，当被测参数发生变化时，两个相同线圈的电感值同时发生变化，变化量相同，符号相反。

众所周知， 线圈电感:

其中 W 是圈数； F——穿过它的磁通量； I——通过线圈的电流。

电流与 MDS 的关系为：

我们从哪里得到：

其中Rm = HL / Ф为电感式传感器的磁阻。

例如，考虑一个电感式传感器。它的操作基于气隙扼流圈的特性，随着气隙值的变化而改变其电感。

电感式传感器由一个磁轭 1、一个线圈 2、一个由弹簧固定的电枢 3 组成。交流电源电压通过负载电阻Rn提供给线圈2。负载电路中的电流定义为：

其中 rd 是扼流圈的有源电阻； L 是传感器的电感。

由于电路的有源电阻是恒定的，那么电流I的变化只能由于电感分量XL = IRn的变化而发生，这取决于气隙δ的大小。

对于每个值 δ 对应于特定值 I，这会在电阻 Rn 上产生电压降： Uout = IRn — 是传感器的输出信号。如果气隙足够小并且可以忽略杂散磁通，并且与气隙磁阻 Rmw 相比可以忽略铁磁阻 Rmw，则可以推导出分析相关性 Uout = f (δ)。

这是最终的表达：

在实际设备中，电路的有源电阻远小于感性电阻，则表达式简化为：

Uout = f (δ) 的相关性是线性的（在一阶近似中）。实际功能如下：

开始时与线性的偏差由公认的假设 Rmzh << Rmv 来解释。

d小时，铁的磁阻与空气的磁阻相当。

大 d 时的偏差可以解释为在大 d 时 RL 与有源电阻值 — Rn + rd 相称。

通常，所考虑的电感式传感器具有许多明显的缺点：

• 改变运动方向时电流相位不变；

• 如果需要测量两个方向的位移，则需要设置初始气隙，因此需要设置电流I0，不方便；

• 负载电流取决于电源电压的幅值和频率；

• 在传感器运行期间，磁路的吸引力作用在电枢上，电枢没有任何平衡，因此会在传感器的运行中引入误差。

差分（可逆）电感式传感器 (DID)

差动电感式传感器是两个不可逆传感器的组合，并制成由两个磁路组成的系统形式，两个磁路具有一个公共电枢和两个线圈。差分电感式传感器需要两个独立的电源，为此通常使用隔离变压器5。

磁路形状可以是W型磁路的微分电感式传感器，电工钢桥架（1000Hz以上频率使用铁镍透摩尔合金），圆柱形密圆形磁路.传感器形状的选择取决于它与受控设备的结构组合。采用W型磁路是为了方便组装线圈和减小传感器的尺寸。

为了给微分感应传感器供电，使用具有用于次级绕组中点的输出的变压器5。装置4夹在它与两个线圈的公共端之间，气隙为0.2-0.5mm。

在电枢的中间位置，当气隙相同时，线圈3和3'的感应电阻相同，因此线圈中的电流值等于I1 = I2并且得到设备中的电流为 0。

随着电枢在一个方向或另一个方向上的轻微偏差，在控制值 X 的影响下，间隙和电感的值发生变化，设备记录差动电流 I1-I2，这是电枢的函数从中间位置的位移。通常使用输入端带有整流电路 B 的磁电设备 4（微安表）记录电流差异。

电感式传感器的特点是：

无论线圈阻抗变化的符号如何，输出电流的极性都保持不变。当电枢偏离中间位置的方向发生变化时，传感器输出端电流的相位发生反向变化（180°）。使用相敏整流器时，可以从中间位置获得电枢运动方向的指示。带相频滤波器的差分电感式传感器的特点如下：

电感式传感器转换错误

电感式传感器的信息容量在很大程度上取决于其转换被测参数时的误差。电感式传感器的总误差由大量误差分量组成。

可以区分以下感应式传感器错误：

1) 特性的非线性引起的误差。总误差的乘法分量。由于测量值的感应转换原理是电感式传感器运行的基础，因此它是必不可少的，并且在大多数情况下决定了传感器的测量范围。在传感器开发期间必须接受评估。

2) 温度误差。随机成分。由于传感器组件的大量与温度相关的参数，组件的误差可以达到很大的值并且很重要。在传感器设计中进行评估。

3) 外部电磁场影响造成的误差。总误差的随机分量。它的发生是由于外部磁场在传感器绕组中感应电动势，以及磁路的磁特性在外部磁场的影响下发生变化。在有电力电气装置的工业厂房中，检测到感应强度为 T 且频率主要为 50 Hz 的磁场。

由于电感式传感器的磁芯在 0.1 — 1 T 的感应下工作，因此即使没有屏蔽，外部磁场的份额也将为 0.05-0.005%。屏幕输入和差分传感器的使用将这一比例降低了大约两个数量级。因此，只有在设计灵敏度低且不可能进行充分屏蔽的传感器时，才应考虑由于外场影响引起的误差。在大多数情况下，这个误差成分并不重要。

4) 磁弹性效应引起的误差。它的出现是由于传感器组装期间磁路变形的不稳定性（附加组件）以及传感器操作期间变形的变化（任意组件）。考虑到磁路中存在间隙的计算表明，磁路中机械应力不稳定性的影响导致阶数传感器输出信号的不稳定性，并且在大多数情况下可以特别忽略该分量。

5) 线圈应变片效应引起的误差。随机成分。缠绕传感器线圈时，导线中会产生机械张力。传感器工作期间这些机械应力的变化会导致线圈对直流电的电阻发生变化，从而导致传感器输出信号发生变化。通常对于正确设计的传感器，即不应专门考虑此组件。

6) 与连接电缆的偏差。它的发生是由于电缆的电阻在温度或变形的影响下不稳定，以及由于在外部场的影响下在电缆中感应 EMF。是错误的随机分量。如遇电缆自身电阻不稳定，传感器输出信号误差。连接电缆的长度为 1-3 m，很少超过。当电缆由截面铜线制成时，电缆的电阻小于0.9欧姆，阻值不稳定。由于传感器阻抗通常大于 100 欧姆，因此传感器输出中的误差可能大至因此，对于低工作电阻的传感器，必须估计误差。在其他情况下，它并不重要。

7) 设计错误。它们是在以下原因的影响下产生的：测量力对传感器部件变形的影响（加法），测量力差异对变形不稳定性的影响（乘法），测量脉冲传输期间测量杆的导轨（乘法），由于运动部件的间隙和反冲（随机）导致测量脉冲传输的不稳定性。设计误差主要由设计中的缺陷决定传感器的机械元件，并不特定于电感式传感器。这些误差的评估是根据用于评估测量装置的运动传动装置的误差的已知方法进行的。

8) 技术错误。它们的产生是由于传感器部件（添加剂）相对位置的技术偏差，生产过程中部件和线圈参数的分散（添加剂），技术差距的影响以及部件和导轨连接的紧密性（随意的）。

传感器结构的机械元件制造中的技术错误也不是电感式传感器特有的；它们使用机械测量设备的常用方法进行评估。磁路和传感器线圈的制造误差会导致传感器参数的偏差，并导致难以确保传感器的互换性。

9) 传感器老化错误。该误差分量首先由传感器结构的运动元件的磨损引起，其次由传感器磁路的电磁特性随时间的变化引起。这个错误应该被认为是偶然的。在评估磨损引起的误差时，会考虑每种特定情况下传感器机构的运动学计算。在传感器设计阶段，在这种情况下，建议设定传感器在正常工作条件下的使用寿命，在此期间附加磨损误差不会超过规定值。

材料的电磁特性随时间而变化。

在大多数情况下，电磁特性的显着变化过程在磁路热处理和退磁后的前 200 小时内结束。将来，它们几乎保持不变，不会对电感式传感器的整体误差产生重大影响。

对电感式传感器误差分量的上述考虑使得可以评估它们在传感器总误差形成中的作用。在大多数情况下，决定因素是特性的非线性误差和电感转换器的温度误差。