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電感式、電磁感應(yīng)式、電渦流式位移傳感器?

請詳細說說這三個位移傳感器的概念和異同點?那個精度高些?: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-11-11

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電感式傳感器 inductance type transducer 電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。電感式傳感器具有以下特點: (1)結(jié)構(gòu)簡單，傳感器無活動電觸點，因此工作可靠壽命長。 (2)靈敏度和分辨力高，能測出0.01微米的位移變化。傳感器的輸出信號強，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達數(shù)百毫伏的輸出。 (3)線性度和重復(fù)性都比較好，在一定位移范圍(幾十微米至數(shù)毫米)內(nèi)，傳感器非線性誤差可達0.05%~0.1%。同時，這種傳感器能實現(xiàn)信息的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中廣泛被采用。但不足的是，它有頻率響應(yīng)較低，不宜快速動態(tài)測控等缺點。電感式傳感器種類很多，常見的有自感式，互感式和渦流式三種。圖中介紹的是自感式傳感器。由鐵心和線圈構(gòu)成的將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器，又稱電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導(dǎo)磁系數(shù)都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當(dāng)把線圈接入測量電路并接通激勵電源時，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器的特點是:①無活動觸點、可靠度高、壽命長;②分辨率高;③靈敏度高;④線性度高、重復(fù)性好;⑤測量范圍寬(測量范圍大時分辨率低);⑥無輸入時有零位輸出電壓，引起測量誤差;⑦對激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高;⑧不適用于高頻動態(tài)測量。電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機械量(如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等)的測量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實際應(yīng)用中，這三種傳感器多制成差動式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。變間隙型電感傳感器這種傳感器的氣隙δ隨被測量的變化而改變,從而改變磁阻(圖1)。它的靈敏度和非線性都隨氣隙的增大而減小，因此常常要考慮兩者兼顧。δ一般取在0.1~0.5毫米之間。變面積型電感傳感器這種傳感器的鐵芯和銜鐵之間的相對覆蓋面積(即磁通截面)隨被測量的變化而改變,從而改變磁阻(圖2)。它的靈敏度為常數(shù)，線性度也很好。螺管插鐵型電感傳感器它由螺管線圈和與被測物體相連的柱型銜鐵構(gòu)成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。銜鐵隨被測物體移動時改變了線圈的電感量。這種傳感器的量程大，靈敏度低，結(jié)構(gòu)簡單，便于制作。磁傳感器是最古老的傳感器，指南針是磁傳感器的最早的一種應(yīng)用。但是作為現(xiàn)代的傳感器，為了便于信號處理，需要磁傳感器能將磁信號轉(zhuǎn)化成為電信號輸出。應(yīng)用最早的是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制造的磁電式的傳感器。這種磁電式傳感器曾在工業(yè)控制領(lǐng)域作出了杰出的貢獻，但是到今天已經(jīng)被以高性能磁敏感材料為主的新型磁傳感器所替代。一款電磁傳感器的外形在今天所用的電磁效應(yīng)的傳感器中，磁旋轉(zhuǎn)傳感器是重要的一種。磁旋轉(zhuǎn)傳感器主要由半導(dǎo)體磁阻元件、永久磁鐵、固定器、外殼等幾個部分組成。典型結(jié)構(gòu)是將一對磁阻元件安裝在一個永磁體的刺激上，元件的輸入輸出端子接到固定器上，然后安裝在金屬盒中，再用工程塑料密封，形成密閉結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)就具有良好的可靠性。磁旋轉(zhuǎn)傳感器有許多半導(dǎo)體磁阻元件無法比擬的優(yōu)點。除了具備很高的靈敏度和很大的輸出信號外，而且有很強的轉(zhuǎn)速檢測范圍，這是由于電子技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。另外，這種傳感器還能夠應(yīng)用在很大的溫度范圍中，有很長的工作壽命、抗灰塵、水和油污的能力強，因此耐受各種環(huán)境條件及外部噪聲。所以，這種傳感器在工業(yè)應(yīng)用中受到廣泛的重視。磁旋轉(zhuǎn)傳感器在工廠自動化系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，因為這種傳感器有著令人滿意的特性，同時不需要維護。其主要應(yīng)用在機床伺服電機的轉(zhuǎn)動檢測、工廠自動化的機器人臂的定位、液壓沖程的檢測、工廠自動化相關(guān)設(shè)備的位置檢測、旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測單元和各種旋轉(zhuǎn)的檢測單元等。現(xiàn)代的磁旋轉(zhuǎn)傳感器主要包括有四相傳感器和單相傳感器。在工作過程中，四相差動旋轉(zhuǎn)傳感器用一對檢測單元實現(xiàn)差動檢測，另一對實現(xiàn)倒差動檢測。這樣，四相傳感器的檢測能力是單元件的四倍。而二元件的單相旋轉(zhuǎn)傳感器也有自己的優(yōu)點，也就是小巧可靠的特點，并且輸出信號大，能檢測低速運動，抗環(huán)境影響和抗噪聲能力強，成本低。因此單相傳感器也將有很好的市場。磁旋轉(zhuǎn)傳感器在家用電器中也有大的應(yīng)用潛力。在盒式錄音機的換向機構(gòu)中，可用磁阻元件來檢測磁帶的終點。家用錄像機中大多數(shù)有變速與高速重放功能，這也可用磁旋轉(zhuǎn)傳感器檢測主軸速度并進行控制，獲得高畫面的質(zhì)量。洗衣機中的電機的正反轉(zhuǎn)和高低速旋轉(zhuǎn)功能都可以通過伺服旋轉(zhuǎn)傳感器來實現(xiàn)檢測和控制。電磁接近開關(guān) 這種開關(guān)可以感應(yīng)到進入自己檢驗區(qū)域的金屬物體，控制自己內(nèi)部電路的開或關(guān)。開關(guān)自己產(chǎn)生磁場，當(dāng)有金屬物體進入到磁場會引起磁場的變化。這種變化通過開關(guān)內(nèi)部電路可以變成電信號。電磁傳感器是一門應(yīng)用很廣的高新技術(shù)，國內(nèi)、國外都投入了一定的科研力量在進行研究，這種傳感器的應(yīng)用正在滲透入國民經(jīng)濟、國防建設(shè)和人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域，隨著信息社會的到來，其地位和作用必將更加突出。電渦流傳感器能靜態(tài)和動態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離。它是一種非接觸的線性化計量工具。電渦流傳感器能準(zhǔn)確測量被測體(必須是金屬導(dǎo)體)與探頭端面之間靜態(tài)和動態(tài)的相對位移變化。在高速旋轉(zhuǎn)機械和往復(fù)式運動機械的狀態(tài)分析，振動研究、分析測量中，對非接觸的高精度振動、位移信號，能連續(xù)準(zhǔn)確地采集到轉(zhuǎn)子振動狀態(tài)的多種參數(shù)。如軸的徑向振動、振幅以及軸向位置。在所有與機械狀態(tài)有關(guān)的故障征兆中，機械振動測量是最具權(quán)威性的，這是因為它同時含有幅值、相位和頻率的信息。機械振動測量占有優(yōu)勢的另一個原因是:它能反應(yīng)出機械所有的損壞，并易于測量。從轉(zhuǎn)子動力學(xué)、軸承學(xué)的理論上分析，大型旋轉(zhuǎn)機械的運動狀態(tài)，主要取決于其核心-轉(zhuǎn)軸，而電渦流傳感器，能直接非接觸測量轉(zhuǎn)軸的狀態(tài)，對諸如轉(zhuǎn)子的不平衡、不對中、軸承磨損、軸裂紋及發(fā)生摩擦等機械問題的早期判定，可提供關(guān)鍵的信息。電渦流傳感器以其長期工作可靠性好、測量范圍寬、靈敏度高、分辨率高、響應(yīng)速度快、抗干擾力強、不受油污等介質(zhì)的影響、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，在大型旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)的在線監(jiān)測與故障診斷中得到廣泛應(yīng)用。電渦流傳感器的典型應(yīng)用: 電渦流傳感器系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、冶金等行業(yè)和一些科研單位。對汽輪機、水輪機、鼓風(fēng)機、壓縮機、空分機、齒輪箱、大型冷卻泵等大型旋轉(zhuǎn)機械軸的徑向振動、軸向位移、鍵相器、軸轉(zhuǎn)速、脹差、偏心、以及轉(zhuǎn)子動力學(xué)研究和零件尺寸檢驗等進行在線測量和保護。: 回答者：網(wǎng)友

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