感應式傳感器通常被用來測量位置或速度,特別是在惡劣的環境中。對于許多工程師來說,感應式位置傳感器的術語和技術可能會令人困惑。在這篇文章中,解釋了各種類型的感應式傳感器,闡述了他們的工作原理,以及他們各自的優勢和弱點。
感應式位置和速度傳感器有各種各樣的形狀、尺寸和結構。所有的感應式傳感器都可認為是基于變壓器原理工作的,是通過一種基于交流電流感應的物理現象。1830年Michael Faraday發現這個現象,他發現一個載流導體可以在另一個個導體中“感應”出電流。Faraday的發現被應用于電動機和發電機,以及感應式傳感器中用于位置和速度測量。
感應式傳感器包括簡單的接近開關、可變電感傳感器、可變磁阻傳感器、同步器、旋轉變壓器、旋轉和線性變差變壓器(RVDT和LVDT),以及新一代感應式編碼器(IncOder)。
在一個簡單的接近傳感器(接近開關)中,傳感器電源在線圈(繞組)中產生交流電流。當一個導體或者導磁性物體,比如一個鋼盤,接近線圈時,就會改變線圈的阻抗。當到達一個閾值時,輸出一個信號,表明物體存在的一個信號。接近傳感器通常用于檢測金屬物體的存在與否,而輸出通常會模擬一個開關動作。這種傳感器廣泛應用于傳統開關中電氣觸點會有問題的場合,尤其是存在大量灰塵或水的場合。有機會你會在汽車清洗站,或者當你登上飛機時看看飛機起落架,你就會看到很多的感應式接近開關傳感器。
可變電感和可變磁阻傳感器通常會產生一個導體或磁性可滲透性物體(通常是鋼棒)與線圈之間相對位移成比例的電信號。與接近傳感器一樣,線圈通以交流電流,線圈的阻抗與物體與線圈之間的相對位移成正比。這種傳感器通常用于測量活塞桿在缸體中的位移,例如在氣動或液壓系統中,整個線圈外徑可以放置在活塞桿中心孔內。
同步器則是當線圈之間有相對位移時,測量線圈之間的電磁耦合來工作的。線圈通常是旋轉的,并且需要在運動和靜止部件(通常稱為轉子和定子)有電氣引線。同步器可具有的準確度,用于工業計量、雷達天線和望遠鏡應用中。同步器價格非常昂貴,現在越來越少見,基本上已經被無刷旋轉變壓器取代。無刷旋轉變壓器是感應式傳感器的另一種形式,但電氣引線僅是在定子繞組上。
LVDT、RVDT和旋轉變壓器測量初級繞組和次級繞組之間感應耦合的變化來工作的。初級繞組能量耦合到次次繞組,但是耦合到每一個次級繞組的能量與導磁物體的相對位移成比例。在一個LVDT中,通常是一個穿過繞組內孔的金屬棒。在一個RVDT或旋轉變壓器中,通常是一個特殊形狀的轉子或磁極片,相對于沿轉子圓周布置的線圈旋轉。LVDT和RVDT的典型應用包括飛機副翼、發動機和燃油控制的液壓伺服系統中。旋轉變壓器的典型應用是無刷電機換相。
感應式傳感器的一個顯著優點是,相關信號處理電路不需要靠近感應線圈。這使得感應線圈可以位于惡劣的環境中,而其他的傳感器技術可能不適合這種環境,比如磁性或光學傳感器,因為它們要求比較脆弱的硅基電子電路位于測量點。
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