变磁阻式传感器ppt课件

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1、第三章变磁阻式传感器3.1自感式传感器3.2变压器式传感器3.3电涡流式传感器变磁阻式传感器是利用被测量的变化使线圈电感量发生改变这一物理现象实现测量的。变磁阻式传感器分为自感式传感器、变压器式传感器、电涡流传感器，其中自感式传感器、互感式传感器统称为电感式传感器。变磁阻式传感器测量物理量主要有：压力、位移、加速度、转速、探伤、测温、厚度等。3.1自感式传感器自感式传感器主要有基本自感式传感器、差动变间隙式传感器、螺管型电感式传感器3.1.1基本自感式传感器1.工作原理基本变间隙自感式传感器由线圈、铁芯和

2、衔铁组成，结构如图3.1所示。工作原理：工作时衔铁与被测物体连接，被测物体的位移将引起空气间隙的长度变化，由于气隙磁阻的变化，导致线圈电感量的变化，从而达到测量目的。P44图3.1变间隙自感式传感器补充：1）线圈电感量的计算：L=N2/RmRm=2δ/μ0.Sμ0=4π×10-7H/m为空气磁导率L=N2×μ0.S/2δN为线圈匝数Rm为磁路总磁阻，由铁芯、衔铁、空气间隙三部分的磁阻组成,但铁芯、衔铁磁阻很小，主要由空气间隙部分的磁阻构成。δ为空气间隙长度S为铁芯与衔铁之间的空气间隙的相对面积2）线圈电阻

3、值的计算：Rc=4.ρ.N.Lcp/π.d2Lcp为铁芯截面、线圈截面平均值线圈长度ρ为线圈电阻率d为线圈直径3）线圈品质因素Q：表示线圈质量的一个物理量，为感抗XL与其等效电阻的比值。Q=XL/Rc=ω.L/Rc=2.π.f.L/Rc电感式传感器又可分为变气隙长度的传感器和变气隙面积的传感器。前者常用于测量直线位移，后者常用于测量角位移。2．灵敏度变间隙式电感传感器用于测量微小位移时是比较准确的。设传感器的初始间隙长度为δ0，面积为S0，当衔铁上移Δδ时，传感器气隙长度减小Δδ，即δ=δ0-Δδ，则此时

4、输出电感为：L=L0+ΔL=N2×μ0.S0/2.(δ0-Δδ)=L0/(1-Δδ/δ0)按泰勒级数展开成级数形式，Δδ/δ0﹤﹤1时得:ΔL=L0.Δδ/δ0灵敏度K为K=1/δ0δ0初始间隙越小，灵敏度越高；但δ0越小，Δδ/δ0﹤﹤1不易满足，线形度差。为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变间隙式电感传感器。3.1.2差动变间隙式传感器差动变间隙式电感传感器采用两个相同的传感器共用一个衔铁组成。电感相对变化量的灵敏度K为K=2/δ0P45图3.2差动变间隙式电感传感器单线圈式和差动式两种变间隙

5、式电感传感器的特性比较：优点有：A差动式比单线圈式的灵敏度高一倍；B差动式的非线性项等于单线圈非线性项乘以因子，所以，差动式的线性度得到明显改善；C温度变化，电源波动，外界干扰等对传感器的影响，由于能够相互抵消而减小；D电磁吸力对测力变化的影响也由于能够相互抵消而减小。缺点有：A非线形严重，为了限制非线形误差，示值范围只能很小；B它的自由行程小，因衔铁在运动方向上受到铁芯限制；C制造装配困难。3.1.3螺管型电感式传感器螺管型电感式传感器由线圈、衔铁和磁性导筒组成，灵敏度较低，但量程大，结构简单，易于制作

6、和批量生产，是目前使用最广泛的一种电感式传感器。螺管型电感式传感器的衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈电感量也因此而变化，线圈电感量的大小与衔铁位置有关。P46图3.3螺管型电感式传感器L=(4π2N2/l2)×(lr2+(μm-1).Δx.ra2))l为线圈长度r为线圈平均半径N为线圈匝数Δx为衔铁进入线圈的长度Ra为衔铁的半径，μm为铁芯的有效磁导率3.1.4测量电路有交流电桥式、交流变压器式、谐振式，其中交流电桥式是电感式传感器的主要测量电路。电阻平衡臂电桥（P46图中Z1与Z

7、4对调才对）：把传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂Z1和Z2，另外两个相邻桥臂用纯电阻代替，即Z3=Z4=R；其作用是将线圈电感的变化转换成电桥电路的电压或电流输出。U0=（Z1/（Z1+Z2）-Z3/（Z3+Z4））*UsP46图3.4电阻平衡臂电桥电路Z1,Z4应对调当衔铁在中间位置时，电桥平衡，Z1=Z2=Z0=J.ω.L0Z1-Z2=0当衔铁偏离中间位置时，两边气隙不等，两只电感线圈一增一减，电桥失去平衡。K=(Us/2).(1/δ0)K称为差动电感传感器连成四臂电桥的灵敏度。K的物理意义是：衔铁

8、单位移动量引起的电桥输出电压。K值越大，灵敏度越高。从上式中看出：AK值与电桥的电源电压Us、初始气隙δ0有关，提高电桥的电压、减小初始气隙，可以提高灵敏度。B电桥输出电压的幅值大小衔铁移动量的大小成比例，其相位则与衔铁的移动方向有关。假定向上移动时输出电压为正，则向下移动时相位将反向1800为负。测量出电压的大小和相位，就确定衔铁位移量的大小和方向。交流变压器式电桥U0=U.Z1/(Z1+Z2)-U/2=U.(Z1-Z2)/