電感傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為線圈的自感或互感的變化來(lái)測(cè)量的裝置。電感傳感器還可用作磁敏速度開關(guān)、齒輪齡條測(cè)速等。電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測(cè)的物理量如位移,壓力流量振動(dòng)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(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。它是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的一種裝置。利用電感式傳感器，能對(duì)位移、壓力、振動(dòng)、應(yīng)變、流量等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強(qiáng)及測(cè)量精度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在機(jī)電控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。它的主要缺點(diǎn)是響應(yīng)較慢，不宜于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量，而且傳感器的分辨率與測(cè)量范圍有關(guān)，測(cè)量范圍大，分辨率低，反之則高。
電感式傳感器的工作原理是電磁感應(yīng)。它是把被測(cè)量如位移等，轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置。按照轉(zhuǎn)換方式的不同，可分為自感式（包括可變磁阻式與渦流式）和互感式（差動(dòng)變壓器式）兩種 。
變磁阻式傳感器
當(dāng)一個(gè)線圈中電流i變化時(shí)，該電流產(chǎn)生的磁通Φ也隨之變化，因而在線圈本身產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e，這種現(xiàn)象稱之為自感。產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)稱為自感電勢(shì)。
變磁阻式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為δ，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí)，氣隙厚度δ發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感值變化，因此只要能測(cè)出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。
特點(diǎn)：變磁阻式傳感器具有很高的靈敏度，這樣對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大倍數(shù)要求低。但是受氣隙δ寬度的影響，該類傳感器的測(cè)量范圍很小。
可變磁阻式傳感器自感，自感L與氣隙δ成反比，而與氣隙導(dǎo)磁截面積S0成正比。靈敏度S與氣隙長(zhǎng)度δ的平方成反比，δ愈小，靈敏度S愈高。為了減小非線性誤差，在實(shí)際應(yīng)用中，一般取這種傳感器適用于較小位移的測(cè)量，一般約為0.001～1 mm。
差動(dòng)變壓器式傳感器
互感型傳感器的工作原理是利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，將被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換成線圈互感的變化。由于常采用兩個(gè)次級(jí)線圈組成差動(dòng)式，故又稱差動(dòng)變壓器式傳感器。
差動(dòng)變壓器式傳感器輸出的電壓是交流量，如用交流電壓表指示，則輸出值只能反應(yīng)鐵芯位移的大小，而不能反應(yīng)移動(dòng)的極性；同時(shí)，交流電壓輸出存在一定的零點(diǎn)殘余電壓，使活動(dòng)銜鐵位于中間位置時(shí)，輸出也不為零。因此，差動(dòng)變壓器式傳感器的后接電路應(yīng)采用既能反應(yīng)鐵芯位移極性，又能補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的差動(dòng)直流輸出電路。
把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級(jí)繞組用差動(dòng)形式連接，故稱差動(dòng)變壓器式傳感器。
差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，有變隙式、變面積式和螺線管式等。
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(shí)際應(yīng)用中,這三種傳感器多制成差動(dòng)式,以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。
電感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(cè)量電路并接通激勵(lì)電源時(shí),就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。變間隙型電感傳感器,這種傳感器的氣隙5隨被測(cè)量的變化而改變從而改變磁阻。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-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(duì)覆蓋面積(即磁通截面)隨被測(cè)量的變化而改變從而改變磁阻。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:它由螺管線圈和和被測(cè)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(cè)物體移動(dòng)時(shí)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(jiǎn)單,便于制作。
電感式傳感器的特點(diǎn)是:無(wú)活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長(zhǎng);分辨率高，靈敏度高;線性度高、重復(fù)性好;測(cè)量范圍寬(測(cè)量范圍大時(shí)分辨率低);.無(wú)輸
入時(shí)有零位輸出電壓,引起測(cè)量誤差;對(duì)激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高,不適用于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量.電感式傳感器主要用于位移測(cè)量和轉(zhuǎn)換成位移變化的機(jī)械量(如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動(dòng)、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等)的測(cè)量.帶有模擬輸出的電感式接近傳感器是-種測(cè)量式控制位置偏差的電子信號(hào)發(fā)生器,其用途非常廣泛。例如:可控制尺寸的穩(wěn)定性;可控制定位可控制對(duì)中心率或偏心率。
電感傳感器還可用作磁敏速度開關(guān)、齒輪齡條測(cè)速等,該類傳感器廣泛應(yīng)用于紡織、化纖、機(jī)床、機(jī)械、冶金、機(jī)車等行業(yè)的鏈輪齒速度檢測(cè),鏈輸送帶的速度和距離檢測(cè),齒輪齡計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)速表及汽車防護(hù)系統(tǒng)的控制等。另外該類傳感器還可用在給料管系統(tǒng)體噴出控制、斷線監(jiān)測(cè)、小零件區(qū)分、厚度檢測(cè)和位置控制等。
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風(fēng)速傳感器是可連續(xù)監(jiān)測(cè)上述地點(diǎn)的風(fēng)速、風(fēng)量(風(fēng)量=風(fēng)速x橫截面積)大小，能夠?qū)λ幭锏赖娘L(fēng)速風(fēng)量進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，是礦井通風(fēng)安全參數(shù)測(cè)量的重要儀表。其傳感器組件由風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、傳感器支架組成。
原理
超聲波渦接測(cè)量原理
超聲波風(fēng)速傳感器是利用超聲波時(shí)差法來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測(cè)量。聲音在空氣中的傳播速度，會(huì)和風(fēng)向上的氣流速度疊加。
若超聲波的傳播方向與風(fēng)向相同，它的速度會(huì)加快;反之，若超聲波的傳播方向若與風(fēng)向相反，它的速度會(huì)變慢。因此，在固定的檢測(cè)條件下，超聲波在空氣中傳播的速度可以和風(fēng)速函數(shù)對(duì)應(yīng)。
通過(guò)計(jì)算即可得到精確的風(fēng)速和風(fēng)向。
由于聲波在空氣中傳播時(shí)，它的速度受溫度的影響很大;本風(fēng)速儀檢測(cè)兩個(gè)通道上的兩個(gè)相反方向，因此溫度對(duì)聲波速度產(chǎn)生的影響可以忽略不計(jì)。
通過(guò)壓差變化原理
在流動(dòng)方向上設(shè)置一個(gè)固定的障礙物(孔板、噴嘴等)，這樣根據(jù)流速不同便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓差。通過(guò)測(cè)量壓差，可以轉(zhuǎn)換成流速的測(cè)量。
熱量轉(zhuǎn)移原理
根據(jù)卡曼渦街理論，在無(wú)限界流場(chǎng)中垂直插入一根無(wú)限長(zhǎng)的非線性阻力體(即旋渦發(fā)生體C，風(fēng)速傳感器的探頭橫桿)，當(dāng)風(fēng)流流經(jīng)旋渦發(fā)生體C時(shí)，在漩渦發(fā)生體邊緣下游側(cè)會(huì)產(chǎn)生兩排交替的、內(nèi)旋的旋渦列(即氣流旋渦)，而旋渦的產(chǎn)生頻率f正比于流速V，用公式表示如下:
f=St V/d;
因此超聲波風(fēng)速傳感器就是利用超聲波旋渦調(diào)制的原理來(lái)測(cè)定旋渦頻率的 。
主要適用于煤礦井下具有瓦斯爆炸危險(xiǎn)的各礦井通風(fēng)總回風(fēng)巷、風(fēng)口、井下主要測(cè)風(fēng)站、扇風(fēng)機(jī)井口、掘進(jìn)工作面、采煤工作面等處，以及相應(yīng)的礦產(chǎn)企業(yè)。
壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中較為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡(jiǎn)單介紹一些壓力傳感器正確安裝方法。
壓力傳感器正確安裝問題：
通常高溫熔體壓力傳感器的損壞都是由于其安裝位置不恰當(dāng)而引起的，如果將傳感器強(qiáng)行安裝在過(guò)小的孔或形狀不規(guī)則的孔中，就有可能造成傳感器的震動(dòng)膜受到?jīng)_擊而損壞，選擇合適的工具加工安裝孔，有利于控制安裝孔的尺寸；
另外，合適的安裝扭矩有利于形成良好的密封，但是如果安裝扭矩過(guò)高就容易引起高溫熔體壓力傳感器的滑脫，為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，通常在傳感器安裝之前在其螺紋部分上涂抹防脫化合物。
1.壓力傳感器正確安裝方法：
(1)通過(guò)適當(dāng)?shù)膬x表，在普通大氣壓和標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下，核實(shí)壓力傳感器的頻率反應(yīng)值。
(2)核實(shí)壓力傳感器的編碼與相應(yīng)的頻率反應(yīng)信號(hào)的正確性。
2.確定具體安裝位置
為了確定壓力傳感器的編號(hào)和具體安裝位置，需按充氣網(wǎng)的各個(gè)充氣段來(lái)考慮。
(1)壓力傳感器必須沿著線纜進(jìn)行安裝，好安裝在線纜接頭處。
(2)每條線纜裝設(shè)壓力傳感器不少于4個(gè)，靠近電話局的兩個(gè)壓力傳感器，相距不應(yīng)大干200m。
(3)每條線纜的始端和末端分別安裝1個(gè)。
(4)每條線纜的分支點(diǎn)應(yīng)裝1個(gè)，如果兩個(gè)分支點(diǎn)相距較近(小于100m)，可只裝1個(gè)。
(5)線纜敷設(shè)方式(架空、地下)改變處應(yīng)裝1個(gè)
(6)對(duì)無(wú)分支的線纜，因壘線的線纜程式一致，壓力傳感器的安裝隔距不大干500m，并使其總數(shù)不少于4個(gè)。
(7)為了便于確定壓力傳感器故障點(diǎn)，除在起點(diǎn)安裝壓力傳感器外，距起點(diǎn)150~200m處，還要另外安裝1個(gè)當(dāng)然在設(shè)計(jì)中，一定要考慮經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的因素，在不需要安裝壓力傳感器的地方，則應(yīng)不必安裝。
檢查尺寸
如果安裝孔的尺寸不合適，高溫熔體壓力傳感器在安裝過(guò)程中，其螺紋部分就很容易受到磨損，這不僅會(huì)影響設(shè)備的密封性能，而且使傳感器不能充分發(fā)揮作用，甚至還可能產(chǎn)生安全隱患。只有合適的安裝孔才能夠避免螺紋的磨損(螺紋工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1/2-20UNF2B)，通?？梢圆捎冒惭b孔測(cè)量?jī)x對(duì)安裝孔進(jìn)行檢測(cè)，以做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
傳感器選擇
壓力式光纖液位傳感器是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ墓饫w液位傳感器。光纖傳感器本身不與被測(cè)液體直接接觸，不怕污染，與被測(cè)液體的光學(xué)性能、粘滯性、毒性都沒有直接關(guān)系，且能夠在易爆的環(huán)境下使用。
只要能設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)小、動(dòng)態(tài)范圍大、精度高的壓力敏感單元，就可以獲得性能優(yōu)良的光纖液位傳感器。
目前，根據(jù)光纖的工作參量的不同，壓力式光纖液位傳感器的研究集中在強(qiáng)度調(diào)制型的光纖微彎液位傳感器，相位調(diào)制型的光纖法布里一珀羅腔液位傳感器和波長(zhǎng)調(diào)制型的光纖光柵液位傳感器。本文以基于微彎損耗的原理對(duì)光纖液位傳感器進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。
在光纖通信與傳感中，應(yīng)用較多的是固體激光器、氣體激光器和半導(dǎo)體發(fā)光器件。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體光源得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。半導(dǎo)體光源可以分為半導(dǎo)體發(fā)光二極管((LED)和半導(dǎo)體激光器(LD)。
壓力傳感器工作原理：
1、壓阻式壓力傳感器
電阻應(yīng)變片是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。
金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。
2、陶瓷壓力傳感器
陶瓷壓力傳感器基于壓阻效應(yīng)，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋，由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。
3、擴(kuò)散硅壓力傳感器：
擴(kuò)散硅壓力傳感器工作原理也是基于壓阻效應(yīng)，利用壓阻效應(yīng)原理，被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上(不銹鋼或陶瓷)，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，利用電子線路檢測(cè)這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。
4、藍(lán)寶石壓力傳感器：
利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無(wú)與倫比的計(jì)量特性。
因此，利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對(duì)溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性;藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng);另外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無(wú)p-n漂移。
5、壓電式壓力傳感器：
壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，因?yàn)榻?jīng)過(guò)外力作用后的電荷，只有在回路具有無(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。
實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。
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