TURCK圖爾克電感式傳感器NI4系列工作原理及優缺點介紹

　　德國TURCK圖爾克電感式傳感器

　　電感式傳感器是利用線圈自感或互感系數的變化來實現非電量電測的一種裝置。利用電感式傳感器，能對位移、壓力、振動、應變、流量等參數進行測量。它具有結構簡單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強及測量精度高等一系列優點，因此在機電控制系統中得到廣泛的應用。

　　它的主要缺點是響應較慢，不宜于快速動態測量，而且傳感器的分辨率與測量范圍有關，測量范圍大，分辨率低，反之則高。

　　圖爾克電感式傳感器工作原理

　　電感式傳感器的工作原理是電磁感應。它是把被測量如位移等，轉換為電感量變化的一種裝置。按照轉換方式的不同，可分為自感式（包括可變磁阻式與渦流式）和互感式（差動變壓器式）兩種。

　　變磁阻式傳感器

　　當一個線圈中電流i變化時，該電流產生的磁通Φ也隨之變化，因而在線圈本身產生感應電勢e，這種現象稱之為自感。產生的感應電勢稱為自感電勢。

　　變磁阻式傳感器的結構。它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導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，傳感器的運動部分與銜鐵相連。

　　當銜鐵移動時，氣隙厚度δ發生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感值變化，因此只要能測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：變磁阻式傳感器具有很高的靈敏度，這樣對待測信號的放大倍數要求低。但是受氣隙δ寬度的影響，該類傳感器的測量范圍很小。

　　可變磁阻式傳感器自感

　　自感L與氣隙δ成反比，而與氣隙導磁截面積S0成正比。

　　靈敏度S與氣隙長度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，在實際應用中，一般取。這種傳感器適用于較小位移的測量，一般約為0.001～1 mm。

　　差動變壓器式傳感器

　　互感型傳感器的工作原理是利用電磁感應中的互感現象，將被測位移量轉換成線圈互感的變化。由于常采用兩個次級線圈組成差動式，故又稱差動變壓器式傳感器。

　　差動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，則輸出值只能反應鐵芯位移的大小，而不能反應移動的極性；

　　同時，交流電壓輸出存在一定的零點殘余電壓，使活動銜鐵位于中間位置時，輸出也不為零。因此，差動變壓器式傳感器的后接電路應采用既能反應鐵芯位移極性，又能補償零點殘余電壓的差動直流輸出電路。

　　把被測的非電量變化轉換為線圈互感變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組用差動形式連接，故稱差動變壓器式傳感器。

　　差動變壓器結構形式較多，有變隙式、變面積式和螺線管式等。

　　電渦流式傳感器

　　金屬導體置于變化著的磁場中，導體內就會產生感應電流，這種電流像水中旋渦一樣

　　在導體轉圈，這種現象稱為渦流效應。電渦流式傳感器結構示意圖如圖3所示。 根據法拉第定律，當傳感器線圈通以正弦交變電流I1時，線圈周圍空間必然產生正弦交變磁場H1，使置于此磁場中的金屬導體中感應電渦流I2，I2又產生新的交變磁場H2。

　　德國TURCK圖爾克電感式傳感器優缺點

　　電感式傳感器的主要優點是：

　　（1） 結構簡單，可靠；

　　（2） 靈敏度高，高分辨力達0.1μm ；

　　（3） 測量度高，輸出線性度可達±0.1% ；

　　（4） 輸出功率較大，在某些情況下可不經放大，直接接二次儀表。

　　其缺點是：

　　（1） 傳感器本身的頻率響應不高，不適于快速動態測量；

　　（2） 對激磁電源的頻率和幅度的穩定度要求較高；

　　（3） 傳感器分辨力與測量范圍有關，測量范圍大，分辨力低，反之則高。

　　產品選購

　　（1） 方案選擇

　　在選擇方案之前應首先弄清給定的技術指標，如示值范圍、示值誤差、分辨力、重復性誤差、時漂、溫漂、使用環境等。

　　（2） 鐵心材料的選擇

　　鐵心材料選擇的主要依據是要具有較高的導磁系數，較高的飽和磁感應強度和較小的磁滯損耗，剩磁 和矯頑磁力 都要小。另外，還要求電阻率大，居里點溫度高，磁性能穩定，便于加工等。常用導磁材料有鐵氧體、鐵鎳合金、硅鋼片和純鐵。

　　（3）電源頻率的選擇

　　提高電源頻率有下列優點：能提高線圈的品質因數；靈敏度有一定的提高；適當提高頻率還有利于放大器的設計。但是，過高的電源頻率也會帶來缺點，如鐵心渦流損耗增加；導線的集膚效應等會使靈敏度減低；增加寄生電容（包括線圈匝間電容）以及外界干擾的影響。