電感式傳感器工作原理：電感式傳感器
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電感式傳感器
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本詞條由“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目
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。
電感式傳感器是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來實現(xiàn)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(shù)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(yōu)點，因此在機電控制系統(tǒng)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(tài)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。
[1]
中文名
電感式傳感器
外文名
Inductance Type Transducer
應用學科
物理
自感式
變磁阻式傳感器
互感式
差動變壓器式傳感器
目錄
1
裝置簡介
2
工作原理
3
裝置分類
4
裝置應用
5
優(yōu)缺點
6
產(chǎn)品選購
7
產(chǎn)品要求
電感式傳感器裝置簡介
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電感式傳感器利用電磁感應原理將被測非電量如位移、壓力、流量、 振動等轉換成線圈自感量L或互感量M的變化, 再由測量電路轉換為電壓或電流的變化量輸出。電感式傳感器具有結構簡單, 工作可靠, 測量精度高, 零點穩(wěn)定, 輸出功率較大等一系列優(yōu)點, 其主要缺點是靈敏度、線性度和測量范圍相互制約, 傳感器自身頻率響應低, 不適用于快速動態(tài)測量。電感式傳感器種類很多，常見的有自感式傳感器，互感式傳感器和電渦流式傳感器三種。
電感式傳感器工作原理
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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
[2]
。變磁阻式傳感器
圖1
當一個線圈中電流i變化時，該電流產(chǎn)生的磁通Φ也隨之變化，因而在線圈本身產(chǎn)生感應電勢e，這種現(xiàn)象稱之為自感。產(chǎn)生的感應電勢稱為自感電勢。變磁阻式傳感器的結構如圖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(fā)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(shù)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?？勺兇抛枋絺鞲衅髯愿凶愿蠰與氣隙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(xiàn)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。
圖2
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(jù)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。變隙式傳感器的結構原理如圖2所示。圖2中r1a與L1a , r1b與L1b , r2a與L2a , r2b與L2b，分別為W1a , W1b , W2a, W2b繞阻的直流電阻與電感。電渦流式傳感器
圖3
金屬導體置于變化著的磁場中，導體內(nèi)就會產(chǎn)生感應電流，這種電流像水中旋渦一樣在導體轉圈，這種現(xiàn)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(jù)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(chǎn)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(chǎn)生新的交變磁場H2。
電感式傳感器裝置分類
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電感式傳感器分為 3 種類型：改變氣隙厚度 δ 的自感傳感 器，即變間隙式電感傳感；改變氣隙截面 S 的自感傳感器，即 變截面式電感傳感器；同時改變氣隙厚度 δ 和氣隙截面 S 的自 感傳感器，即螺管式電感傳感器。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。 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。改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． 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，結構簡單，便于制作。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，結構簡單，便于制作。
電感式傳感器裝置應用
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傳感器作為采集和獲取信息的工具，對系統(tǒng)的自動化檢測和質量監(jiān)測起著重要作用。電感式傳感器是一種互感式電感傳感器，它可將微小的機械量，如位移、振動、壓力造成的長度、內(nèi)徑、外徑、不平行度、不垂直度、偏心、橢圓度等非電量物理量的幾何變化轉換為電信號的微小變化，轉化為電參數(shù)進行測量，是一種靈敏度較高的傳感器，具有結構簡單可靠、輸出功率大、抗阻抗能力強、對工作環(huán)境要求不高、穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點，因而被廣泛應用于各種工程物理量檢測與自動控制系統(tǒng)中
[3]
。比如:用電感式位移傳感器提高軸承制造的精度；用電感測微儀測量微小精密尺寸的變化；實現(xiàn)液壓閥開口位置的精準測量；用于設計智能紡織品的柔性傳感器；用電感傳感器原理的孔徑錐度誤差測量儀；用電感傳感器檢測潤滑油中磨粒；用電感傳感器監(jiān)測吊具導向輪等等
[4]
。電感傳感器還可用作磁敏速度開關、齒輪齡條測速等，該類傳感器廣泛應用于紡織、化纖、機床、機械、冶金、機車汽車等行業(yè)的鏈輪齒速度檢測，鏈 輸送帶的速度和距離檢測，齒輪齡計數(shù)轉速表及汽車防護系統(tǒng)的控制等。另外該類傳感器還可用在給料管系統(tǒng)中小物體檢測、物體噴出控制、斷線監(jiān)測、小零件區(qū) 分、厚度檢測和位置控制等。電感式位移傳感器利用導線制成特定的線圈繞組，根據(jù)其位移量的變化而使繞組線圈的白感量或是互感量發(fā)生變化來進行位移測量，因此根據(jù)其轉換原理電感式位移傳感器可分為自感型和互感型兩大類。電感式位移傳感器是一種機電轉換裝置，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)科科學技術上，尤其是在白動控制系統(tǒng)、機械加工與測量行業(yè)中應用十分廣泛
[5]
。
電感式傳感器優(yōu)缺點
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語音
電感式傳感器的主要優(yōu)點是：(1) 結構簡單，可靠；(2) 靈敏度高，最高分辨力達0.1μm ；(3) 測量精確度高，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(jīng)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(tài)測量；(2) 對激磁電源的頻率和幅度的穩(wěn)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。
電感式傳感器產(chǎn)品選購
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(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(huán)境等。(2) 鐵心材料的選擇鐵心材料選擇的主要依據(jù)是要具有較高的導磁系數(shù)，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(wěn)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(yōu)點：能提高線圈的品質因數(shù)；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。
電感式傳感器產(chǎn)品要求
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語音
1、檢測距離的衰減性。滑翹為鐵質，適合電感式傳感器檢測；而滑翹被測部分的尺寸略小于標準檢測物尺寸（標準被測物尺寸為3倍額定檢測距離，此應用中，標準尺寸應為120*120mm），這樣的話就會有一定的衰減。2、現(xiàn)場抗干擾能力。這個是不容忽視的問題，普通電感式傳感器容易被電機或變頻器干擾，很多技術人員只對在此附近的應用選擇相應強抗電磁干擾的傳感器。但在汽車制造車間，廠房大，現(xiàn)場技術人員習慣使用對講機溝通，尤其是邊走邊用對講機對話時，會不經(jīng)意的靠近傳感器，導致短暫失效。3、安裝方面。隨著電感式傳感器的普及，傳感器不僅僅在電氣性能方面有所提升，其機械方面的設計也越來越人性化。要在最大程度的實現(xiàn)人性化安裝。減少了多種近似產(chǎn)品的備貨和減少了安裝、維護的時間。4、穩(wěn)定運行的保障。在車廠的使用中，要杜絕任何油污、塵污的侵蝕。另外，滑翹經(jīng)過軌道時，震動是長期存在的，優(yōu)異的抗震動性同樣是有著非常重要的作用
[6]
。
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電感式傳感器具有哪些顯著特點？
電感式傳感器是利用線圈自感或互感的改變來實現(xiàn)測量的一種裝置，被大量應用在各行各業(yè)，特別是機床行業(yè)和汽車制造等行業(yè)。電感式傳感器通常由振蕩器、開關電路及放大輸出電路三大部分組成。其結構簡單，無活動電觸點，工作壽命長，而且靈敏度和分辨力高，輸出信號強。線性度和重復性都比較好，能...
2020-11-200
長江傳感
上海長江電氣設備集團有限公司官方帳號
電感式傳感器在數(shù)控切割機中割炬定位及防碰撞保護的應用
數(shù)控切割機是工業(yè)領域在生產(chǎn)制造過程中的重要設備，更是型鋼、鋼板及鋼管熱切割中的必要工序。從早期替代手工下料，到現(xiàn)在完全依賴數(shù)控切割機。這類技術的發(fā)展為機械、冶金、化工、造船和橋梁等行業(yè)帶來了巨大的生產(chǎn)力，如今已很難想象沒有數(shù)控切割機的場景。伴隨著工業(yè)自動化不斷的發(fā)展，等離子...
2020-10-231
參考資料
1.
祝詩平．傳感器與檢測技術：北京大學出版社，中國林業(yè)出版社，2006年：114
2.
電感式傳感器原理
．大比特商務網(wǎng)[引用日期2015-06-30]
3.
電感式傳感器應用于自動化生產(chǎn)線
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秦亮亮. 開關電感式位移傳感器的研究與設計[D].東北農(nóng)業(yè)大學,2013.
6.
陳杰．傳感器與檢測技術：高等教育出版社，2002.8：45
電感式傳感器工作原理：電感式傳感器的工作原理
原標題：電感式傳感器的工作原理
電感式傳感器的工作原理：
電感式傳感器工作原理：電感式傳感器由三大部分組成：振蕩器、開關電路以及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個交變磁場。當金屬目標接近這一磁場，并達到感應距離時，在金屬目標內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導致金屬震蕩器衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉換成開關信號，觸發(fā)驅動控制器件，從而達到非接觸式之檢測目的。
由鐵心和線圈構成的將直線或角位移的變化轉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致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當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換成位移變化的機械量(如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應變、流量、厚度、液位、比重、轉矩等)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，結構簡單，便于制作。返回搜狐，查看更多
責任編輯：
電感式傳感器工作原理：電感式傳感器的工作原理_1
電感式傳感器通常用于測量位置或速度，尤其是在惡劣環(huán)境中。感應位置感測中使用的術語和技術可能令人困惑。
感應式位置和速度傳感器有許多形狀，尺寸和設計。可以說所有電感式傳感器都使用變壓器原理工作，它們都使用基于交流電流的物理現(xiàn)象。這是邁克爾·法拉第在19世紀30年代首次觀察到的，當時他發(fā)現(xiàn)第一個載流導體可以“誘導”電流流入第二個導體。法拉第的發(fā)現(xiàn)構成了現(xiàn)代電動機，發(fā)電機的基礎，當然還有用于位置和速度測量的電感式傳感器。
電感式位置和速度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，旋轉和線性可變差動變壓器（RVDT和LVDT），以及新一代感應編碼器（有時稱為扼流圈）。
電感式傳感器的類型
在簡單接近（或“接近”）傳感器中，電源使交流電流在線圈中流動（有時稱為環(huán)路，線軸或繞組）。當導電或導磁目標（例如鋼盤）接近線圈時，這會改變線圈的阻抗。當閾值通過時，這充當目標接近的信號。接近傳感器通常用于檢測金屬目標的存在或不存在，并且輸出通常模擬開關。這種類型的電感式傳感器通常用于傳統(tǒng)開關可能存在問題的地方 - 特別是在存在大量污垢或水的地方。下次您登上飛機時，您會看到許多電感式接近傳感器，或者在登機時看一下起落架。
可變電感傳感器和可變磁阻傳感器通常產(chǎn)生與導電或可透磁靶（通常為鋼桿）相對于線圈的位移成比例的電信號。與接近傳感器一樣，當線圈通過交流電通電時，線圈的阻抗根據(jù)目標的位移而變化。這種傳感器通常用于測量氣動或液壓油缸中活塞的位移。活塞可以布置成越過傳感器線圈的外徑。
Synchros是另一種形式的感應式位置傳感器，它們測量線圈相對于彼此移動時的感應耦合。同步通常是旋轉的并且需要電連接到傳感器的移動和靜止部分（通常稱為轉子和定子）。它們具有極高的精度，可用于工業(yè)計量，雷達天線和望遠鏡。Synchros的價格非常昂貴且越來越少見，大多數(shù)都被（無刷）旋轉變壓器所取代。這些是感應位置檢測器的另一種形式，但電連接僅對定子上的繞組進行。
LVDT，RVDT和旋轉變壓器測量線圈之間電感耦合變化的位置，通常稱為初級和次級繞組。傳感器的初級繞組將能量耦合到次級繞組中，但耦合到每個次級繞組中的能量比率與可透磁目標的相對位移成比例地變化。在LVDT中，這通常是穿過繞組孔的金屬桿。在RVDT或旋轉變壓器中，它通常是成形轉子或極靴，其相對于圍繞轉子周邊布置的繞組旋轉。LVDT和RVDT的典型應用包括航空航天副翼，發(fā)動機和燃油系統(tǒng)控制中的液壓伺服系統(tǒng)。旋轉變壓器的典型應用包括無刷電動機換向。
感應位置傳感器的顯著優(yōu)點是相關的信號處理電路不需要位于傳感器線圈附近。這允許傳感線圈位于惡劣的環(huán)境中，否則可能會妨礙其他技術 - 例如磁傳感器或光學編碼器 - 因為它們需要相對精細的硅基電子設備位于傳感點。
電感式傳感器應用
感應式位置傳感器具有長期記錄，可在惡劣條件下可靠運行。因此，它們通常是安全相關，安全關鍵或高可靠性應用的自動選擇。這種應用在軍事，航空航天，鐵路和重工業(yè)部門中很常見。
這種良好聲譽的原因與基本物理和操作原理有關，它們通常獨立于：
移動電觸點溫度濕度，水和冷凝污垢，油脂，砂礫和沙子等異物。
電感式傳感器的優(yōu)點和缺點
由于基本操作元件（纏繞線圈和金屬部件）的性質，大多數(shù)感應式位置傳感器非常堅固。鑒于其良好的聲譽，一個顯而易見的問題是“為什么電感式傳感器不能更頻繁地使用？” 原因是他們的身體健壯性既是力量也是弱點。電感式傳感器往往精確，可靠，堅固，但體積大，體積大，重量大。對精密纏繞線圈的需求也使其生產(chǎn)成本高昂 - 尤其是高精度設備。除了簡單的接近傳感器之外，更復雜的電感式傳感器對于更主流的應用來說非常昂貴。
電感式傳感器相對稀缺的另一個原因是設計者難以指定。這是因為每個傳感器通常需要單獨指定和購買相關的AC生成和信號處理電路。反過來，這需要模擬電子學的重要技能和知識。由于年輕的工程師傾向于專注于數(shù)字電子，他們將傾向于采用替代的，更加數(shù)字化的方法。
新一代 - 感應編碼器或編碼器
新一代電感式傳感器近年來已進入市場，并在傳統(tǒng)和更主流的領域中享有越來越高的聲譽。這種新一代的電感式傳感器的通常被稱為感應編碼器或“INCODER”（的混合物 在 ductive和連接編碼器）。該方法使用與傳統(tǒng)設備相同的基本物理，但使用印刷電路板和現(xiàn)代數(shù)字電子設備，而不是笨重的變壓器和模擬電子設備。該方法非常優(yōu)雅，開辟了電感式傳感器的應用范圍，包括2D和3D傳感器，短距離（<1mm）線性器件，曲線幾何形狀和高精度角度編碼器，包括小型旋轉編碼器和大型旋轉編碼器。
PCB的使用使得傳感器可以印刷到薄的柔性基板上，這也可以消除對傳統(tǒng)電纜和連接器的需求。這種方法的靈活性 - 無論是在物理上還是從為OEM提供定制設計的能力 - 都是一個很大的優(yōu)勢。
與傳統(tǒng)的電感式傳感器一樣，該方法可在惡劣環(huán)境中提供可靠和精確的測量。還有一些重要的優(yōu)點：
降低成本提高準確性減輕重量簡化機械工程，例如，根除軸承，密封件和襯套。緊湊的尺寸 - 與傳統(tǒng)的LVDT相比，特別是行程長度。簡化電氣接口 - 通常是直流電源和絕對數(shù)字信號。
傳統(tǒng)LVDT（頂部）和Zettlex線性傳感器（中間）的圖像。以下規(guī)模。
上圖中很好地說明了這一點 - 展示了傳統(tǒng)的150mm行程LVDT及其新一代替代品，它是為線性執(zhí)行器制造商生產(chǎn)的。與“之前”和“之后”節(jié)食照片的相似之處顯而易見。當考慮到新一代設備還包括相關的信號生成和處理電路（未示出傳統(tǒng)的LVDT）時，這得到了加強。相比之下，Zettlex設備提供：
精度提高10倍以上重量減輕95％占用體積減少75％節(jié)省50％的成本直接生成數(shù)字數(shù)據(jù) - 從而消除了模數(shù)轉換的需要。
電感式傳感器工作原理：電感式傳感器的工作原理_2
硬件型號：圣億新 CBE04電容式傳感器
系統(tǒng)版本：傳感器系統(tǒng)
電感式傳感器（ inductance type transducer ）是利用電磁感應把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉換。
電感式傳感器具有結構簡單、動態(tài)響應快、易實現(xiàn)非接觸測量等突出的優(yōu)點，特別適合用于酸類，堿類，氯化物，有機溶劑，液態(tài)CO2，氨水，PVC粉料，灰料，油水界面等液位測量，目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、糧食等行業(yè)中應用廣泛。
電感式傳感器由三大部分組成：振蕩器、開關電路以及放大輸出電路；振蕩器產(chǎn)生一個交變磁場。當金屬目標接近這一磁場，并達到感應距離時，在金屬目標內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導致金屬震蕩器衰減，以至停振；振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉換成開關信號，觸發(fā)驅動控制器件，從而達到非接觸式之檢測目的。
