变磁阻式传感器课件.ppt

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1、第3章变磁阻式传感器特点：工作可靠、寿命长灵敏度高，分辨力高精度高、线性好性能稳定、重复性好按磁路几何参数变化形式的不同按磁路的结构型式按组成方式分变气隙式变面积式螺管式单一式差动式Π型E型分类传感器线圈的电器参数分析3.1自感式传感器3.2互感式传感器3.3电涡流式传感器3.4本章目录点击进入压感式传感器3.5简单的自感式传感器组成图3.1 变气隙式自感传感器上、下移动铁心气隙、磁路磁阻变化线圈电感量测量电路转电量第一节传感器线圈的电器参数分析原理L-线圈电感；Rc-线圈铜耗电阻;Re-铁心涡流损耗电阻;Rh-磁滞损耗电阻；C-线圈的寄生电容简单的自感式传感器图3.1

2、 变气隙式自感传感器图3.2传感器线圈的等效电路分析铁心线圈的电气参数与它们对线圈特性的影响，对了解与分析变磁阻式传感器以及选择传感器参数有帮助。(3-1)式中 Rm——磁路总磁阻。1.线圈电感L由磁路基本知识可知，匝数为W的线圈电感为当线圈具有闭合磁路时式中 RF——导磁体总磁阻。当线圈磁路具有小气隙时式中 Rδ——气隙总磁阻。(3-2)(3-3)引入等效磁导率概念将线圈等效成一封闭铁心线圈，其磁路等效磁导率为μｅ，磁通截面积为S，磁路长度为ｌ，于是式(3-1)      式中 μ——真空磁导率，μ＝4π×10-7(H/ｍ))。(3-4)(3-1)变为2.铜损

3、电阻Rc取决于导线材料及线圈的几何尺寸3.涡流损耗电阻Rｅ由频率为ｆ的交变电流激励产生的交变磁场，会在线圈铁心中造成涡流及磁滞损耗。根据经典的涡流损耗计算公式知，为降低涡流损耗，叠片式铁心的片厚应薄；高电阻率有利于损耗的下降，而高磁导率却会使涡流损耗增加。4.磁滞损耗电阻Rh铁磁物质在交变磁化时，磁分子来回翻转而要克服阻力，类似摩擦生热的能量损耗。5.并联寄生电容C的影响并联寄生电容主要由线圈绕组的固有电容与电缆分布电容所构成。变换这时Re′和L′的串联阻抗应该与Re和L的并联阻抗相等先不考虑寄生电容C(3-5)(3-6)Re′与L有关比值Re/ωL应尽量小，以

4、使Re′<<ωL′，从而减小了附加电阻变化的影响。可见，在设计传感器时应尽可能减少铁损。(3-8)(3-9)电感的相对变化(3-10)(3-7)考虑实际存在并联寄生电容C时，阻抗Z为品质因数当Q>>1时，1/Q2可以忽略，式(3-7)可简化为有效值Q为式中 总的损耗电阻由式(3-8)、(3-9)、(3-10)知，并联电容C的存在，使有效串联损耗电阻与有效电感均增加，有效Q值下降并引起电感的相对变化增加，即灵敏度提高。因此，从原理而言，按规定电缆校正好的仪器，如更换了电缆，则应重新校正或采用并联电容加以调整。实际使用中因大多数变磁阻式传感器工作在较低的激励频率下(ｆ≤10

5、ｋHｚ)，上述影响常可忽略，但对于工作在较高激励频率下的传感器(如反射式涡流传感器)，上述影响必需引起充分重视。第二节自感式传感器一.工作原理与输出特性---------带气隙的铁心线圈按磁路几何参数变化形式的不同按磁路的结构型式按组成方式分变气隙式变面积式螺管式单一式差动式Π型E型罐型(3-11)式中ｌ1,ｌ2——铁心和衔铁的磁路长度(ｍ)；S1，S2——铁心和衔铁的截面积(ｍ2)；μ1、μ2——铁心和衔铁的磁导率(H/ｍ)；S、ｌδ——气隙磁通截面积(ｍ2)和气隙总长(ｍ)。1.变气隙式自感传感器磁路总磁阻为忽略磁路铁损认为气隙磁场是均匀的,(3-12)由式(

6、3-12)可知，当铁心、衔铁的材料和结构与线圈匝数确定后，若保持S不变，则L即为ｌδ的单值函数，这就是变气隙式传感器的工作原理。为了精确分析传感器的特性，利用前述等效磁导率μe的概念，由式(3-4)(3-13)可得将式(3-11)代入式(3-1)，可得:(3-14)(3-15)代入式(3-4)同时，由式(3-11)所以(3-16)式中为一常数式中μ——铁心和衔铁的相对磁导率，通常μr>>1。得带气隙铁心线圈的电感为(3-17)由上式可知，变气隙式传感器的输出特性是非线性的，式中负号表示灵敏度随气隙增加而减小，欲增大灵敏度，应减小ｌδ，但受到工艺和结构的限制。为保证一定

7、的测量范围与线性度，对变气隙式传感器，常取δ＝ｌδ/2＝0.1～0.5ｍｍ，Δδ＝(1/5～1/10)δ。得灵敏度为对式(3-16)微分(3-18)式中(3-19)若图3.1所示传感器的气隙长度ｌδ保持不变，令磁通截面积随被测非电量而变(衔铁水平方向移动)，即构成变面积式自感传感器。此时由式(3-16)2.变面积式自感传感器灵敏度较低。欲提高灵敏度，需减小ｌδ，但同样受到工艺和结构的限制。忽略气隙磁通边缘效应的条件下，输出特性呈线性ｌδ值的选取与变气隙式相同。对式(3-18)微分得灵敏度为为一常数。3.螺管式自感传感器图3.4螺管式自感