变磁阻式传感器ppt课件.ppt

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1、变磁阻式传感器1、电感式传感器2、变压器式传感器3、电渦流式传感器变磁阻式传感器是利用线圈电感或互感的改变来实现非电量电测的。它可以把输入的各种机械物理量如位移、振动、压力、应变、流量、比重等参数转换成电能量输出。变磁阻式传感器的特点：结构简单：工作中没有活动电接触点，因而，比电位器工作可靠，寿命长；灵敏度高分辩力大：能测出0.01μm甚至更小的机械位移变化，能感受小至0.1″的微小角度变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每一毫米可达数百毫伏，因此有利于信号的传输与放大；重复性好线性度优良：在一定位移范围（最小几十微

2、米，最大达数十甚至数百毫米）内，输出特性的线性度好，并且比较稳定，高精度的变磁阻式传感器，非线性误差仅0.1%。缺点：存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。第一节电感式传感器一、工作原理L——线圈自感量；Ψ——线圈总磁链，单位：韦伯；I——通过线圈的电流，单位：安培；W——线圈的匝数；Rm——磁路总磁阻，单位：1/亨。a)气隙型b)截面型c)螺管型μ1、μ2——铁芯材料的导磁率；L1、L2——磁通通过铁芯的长度；S1、S2——铁芯的截面积；μ0——空气的导磁率；S0——气隙的截面积；δ——气隙的厚度。气隙磁阻远大于铁芯和

3、衔铁的磁阻：可得变气隙型传感器变截面型传感器二、电感式传感器输出特性当衔铁处于初始位置时，初始电感量为当衔铁上移Δδ时，则有得到当Δδ/δ0<<1时，灵敏度为由上可见，变隙式电感传感器用于测量微小位移时是比较精确的。为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器。差动变隙式电感传感器1-铁芯；2-线圈；3-衔铁当衔铁向上移动时，两个线圈的电感变化量ΔL1、ΔL2进行线性处理忽略高次项得灵敏度k0为（1）差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈式传感器的两倍。（2）差动式的非线性项等于单线圈非线性项乘以(Δδ/δ

4、0)因子，因为(Δδ/δ0)<<1，所以，差动式的线性度得到明显改善。因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。交流变压器电路输出电压衔铁偏离中间零点时u0z2z1u/2u/2三、测量电路衔铁上下移动相同距离时，输出电压的大小相等，但方向相反，由于U0是交流电压，输出指示无法判断位移方向，必须配合相敏检波电路来解决。第二节差动变压器式传感器差动变压器是把被测的非电量变化转换成线圈互感量的变化。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动的形式连接，故称之为差动变压器式传感器。1、变隙式2、变面积式3、螺线管

5、式第二节差动变压器式传感器(a)、(b)变隙式差动变压器(c)、(d)螺线管式差动变压器(e)、(f)变面积式差动变压器一、工作原理１-活动衔铁；２-导磁外壳；３-骨架；４-匝数为W1初级绕组；５-匝数为W2a的次级绕组；６-匝数为W2b的次级绕组1、活动衔铁处于初始平衡位置时，U2=E2a-E2b=0,即差动变压器输出电压为零；2、当E2a、E2b随着衔铁位移x变化时，U2也必将随x变化。U2=E2a-E2b≠0差动变压器输出电压特性曲线二、基本特性当次级开路时，初级线圈激励电流为则次级绕组中感应电势为次级两绕组反相串

6、联，则输出电压有效值1、基本特性分析：（1）当活动衔铁处于中间位置时M1=M2=M则U2=0（2）当活动衔铁向W2a方向移动时M1=M+ΔM,M2=M-ΔM故（3）当活动衔铁向W2b方向移动时M1=M-ΔM，M2=M+ΔM故2、零点残余电压及消除方法零点残余电压的危害：（1）零点残余电压使传感器输出特性在零点附近的范围内不灵敏，限制着分辨力的提高。（2）零点残余电压太大，将使线性度变坏，灵敏度下降，甚至会使放大器饱和，堵塞有用信号通过，致使仪器不再反映被测量的变化。减小零点残余电压的措施：（1）在设计和工艺上，力求做到磁

7、路对称，线圈对称。铁芯材料要均匀，要经过热处理去除机械应力和改善磁性。两个二次侧线圈窗口要一致，两线圈绕制要均匀一致。一次侧线圈绕制也要均匀。（2）采用拆圈的实验方法来减小零点残余电压。其思路是，由于两个二次侧线圈的等效参数不相等，用拆圈的方法，使两者等效参数相等。（3）在电路上进行补偿。线路补偿主要有：加串联电阻，加并联电容，加反馈电阻或反馈电容等。三、测量转换电路差动变压器输出的是交流电压，若用交流电压表测量，只能反映衔铁位移的大小，而不能反映移动方向。另外，其测量值中将包含零点残余电压。为了达到能辨别移动方向及消除

8、零点残余电压的目的，实际测量时，常常采用差动整流电路和相敏检波电路。（1）差动整流电路(c)半波电流输出(d)全波电流输出（适用于低阻抗负载）电阻R0用于调整零点残余电压(a)半波电压输出(b)全波电压输出（适用于高阻抗负载）（2）相敏检波电路相敏检波电路波形(a)被测位移变化波形图；(b)差动变压器激励电压波形；(