差動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轉(zhuǎn)換為另一種形式。這些傳感器主要用于自動化、測量和控制系統(tǒng)，因為電信號需要轉(zhuǎn)換為物理量，如力、扭矩、運動等。電機、太陽能電池、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械的。電傳感器可以將物理能轉(zhuǎn)換成電能。機械傳感器可以將電能轉(zhuǎn)換為機械能。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)原理或能量交換機制工作的傳感器稱為感應(yīng)傳感器。改變自感或互感以測量所需的物理量，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量。線性可變差動傳感器（LVDT）是電感式傳感器的一個例子。使用LVDT，通過在一個方向上移動磁芯和繞組中感應(yīng)的電壓來測量位移。
電感式傳感器的類型
電感式傳感器可以是無源的，也可以是自發(fā)的。轉(zhuǎn)速表是自生電感式傳感器的一個例子。LVDT是無源電感式傳感器的一個示例。有兩種類型的電感式傳感器。
簡單電感型
在這種類型的傳感器中，單個線圈用于測量所需的參數(shù)。位移的變化會改變電路中產(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)被測對象進行校準(zhǔn)。簡單的感應(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)電路的電樞移動時，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。此類型主要用于計算對象的數(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，空心材料上繞有線圈。輸出與輸入成比例，可根據(jù)測量值進行校準(zhǔn)。氣隙決定了線圈磁場和磁鏈的變化。
互感傳感器（兩個線圈）
在這種類型中，兩個線圈用于互感。一個用于產(chǎn)生激勵，另一個用于輸出。兩個線圈之間的電壓差取決于電樞的運動。當(dāng)電樞位置通過連接到可移動的機械元件而改變時，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線圈的自感發(fā)生變化，兩個線圈的互感發(fā)生變化，從而產(chǎn)生渦流。由于線圈（次級或初級線圈）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'代表線圈的長度
從上面的等式中，我們可以觀察到，通過改變線圈的匝數(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)電感測量位移。我們還可以根據(jù)被測量校準(zhǔn)儀器。
互感變化
電感式換能器也是基于多個線圈互感的原理。我們考慮兩個線圈，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，可以通過改變單個線圈的自感或改變耦合系數(shù)來改變互感。系數(shù)K取決于線圈的距離和方向。為了測量位移，一個線圈固定，另一個線圈連接到可移動物體。當(dāng)物體移動時，系數(shù)K會發(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)儀器的位移進行校準(zhǔn)。
渦流生產(chǎn)
通過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，板內(nèi)會感應(yīng)出渦流，其自身的磁場作用于線圈。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，其自身的磁通量會產(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，可以通過移動導(dǎo)電板來測量電感的變化?？梢孕?zhǔn)這種變化以測量儀器中稱為位移的物理量。
電感式傳感器的優(yōu)缺點
電感式換能器的優(yōu)點包括以下幾點。
·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
·這些可以在工業(yè)應(yīng)用中以高開關(guān)率運行。
·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包括以下幾點。
·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。
電感式傳感器的應(yīng)用
