传感技术第3章变磁阻式传感器(1)

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1、第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器2自感式传感器自感式传感器1.2第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器传感器线圈的电器参数分析传感器线圈的电器参数分析3.13.2互感式传感器互感式传感器3.3电涡流式传感器电涡流式传感器3.4压感式传感器压感式传感器3.53u变磁阻式传感器是利用变磁阻式传感器是利用电磁感应电磁感应原理将被测非电量如位原理将被测非电量如位移、压力、流量、重量、振动等转换成移、压力、流量、重量、振动等转换成线圈自感量线圈自感量L L或或互互感量感量MM的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出的装置。（电感式传感器）输出

2、的装置。（电感式传感器）u优点优点: :结构简单，工作可靠寿命长，测量精度高，零点稳定，输出功结构简单，工作可靠寿命长，测量精度高，零点稳定，输出功率较大等。率较大等。u缺点缺点: :灵敏度、线性度和测量范围相互制约，传感器自身频率响应低，灵敏度、线性度和测量范围相互制约，传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量。不适用于快速动态测量。 被测非电量被测非电量自感系数自感系数L L互感系数互感系数M M U U、I I、F F第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器4第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器5第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器F F6第一节第一节 传感器线圈的电器参数分析

3、传感器线圈的电器参数分析第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器7磁路电路磁动势 F磁通 磁阻 RmmRF电动势 E电流 I电阻 RREI WI +EIR磁路欧姆定律磁路欧姆定律FI W第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器8WLImIWR mR2MWLR线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁磁动势第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器9mFRRR121L2L1S2S0S2m2m7102m121122FLLRSS02RSL第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器101011202222LSSLSSm02RS220m2WSWLR第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器11mR第第3章章 变磁阻式传感器变磁

4、阻式传感器12220m2WSWLR第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器13220m2WSWLR第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器14第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器线圈的等效电路L-线圈电感；Rc-线圈铜耗电阻；Re-铁心涡流损耗电阻；C-线圈的寄生电容第一节第一节 传感器线圈的电器参数分析传感器线圈的电器参数分析CLRcRe 线圈等效电路的变换形式15第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器1.铜损电阻Rc取决于导线材料及线圈的几何尺寸。2.涡流损耗电阻R 由频率为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，

5、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。3.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。4.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。16第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器一一. .工作原理与输出特性工作原理与输出特性v自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心线圈。v按磁路几何参数变化形式的不同，目前常用的自感式传感器有变气隙式、变面积式与螺管式三种；按磁路的结构型式又有型、E型或罐型等等；按组成方式分，有单一式与差动式两种。第二节第二节 自感式传感器自感式传感器171.1

6、.变气隙式自感传感器变气隙式自感传感器20002SWL00L 第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器1801L22001000002()2WSWSLLLL0010011LL 第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器19001 LL时时，当当 1 0 .LL 3020001 第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器2002L22002000002()2WSWSLLLL0020011LL第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器21200LL00LLK时时，当当 1 0 2320000.LL第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器22第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器232.变面积式自感传感

7、器变面积式自感传感器衔铁移动位移衔铁移动位移x,则则 xabxSRM0022 axLaxabWxSWRWxLM1212002022电感变化与移动位移电感变化与移动位移x成线性关系。成线性关系。x xa a第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器24第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器 可见，变面积式传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下，输出特性呈线性，因此可望得到较大的线性范围。与变气隙式相比较，其灵敏度较低。欲提高灵敏度，需减小 ，但同样受到工艺和结构的限制。 值的选取与变气隙式相同。25第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器3.螺管式自感传感器螺管式自感传感器 螺管式自感传感器由平均

8、半径为r的螺管线圈、衔铁和磁性套筒等组成。随着衔铁插入深度的不同将引起线圈泄漏路径中磁阻变化，从而使线圈的电感发生变化。26 铁铁 芯芯位移位移x0l00MlxRS 00002211lxLxlSWRWxLM 铁芯在线圈中伸入长度变化，引起螺管线圈自感铁芯在线圈中伸入长度变化，引起螺管线圈自感值变化。值变化。第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器27第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器4.差动式自感传感器差动式自感传感器 绝大多数自感式传感器都运用与电阻差动式类似的技术来改善性能：由两单一式结构对称组合，构成差动式自感传感器。 在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁，构成差动式

9、自感传感器，两个线圈的电气参数和几何尺寸要求完全相同。28 当衔铁当衔铁3 3 移动时，一个线圈的电感量增加，另一移动时，一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减少，形成差动形式。个线圈的电感量减少，形成差动形式。1-1-线圈线圈 2-2-铁芯铁芯 3-3-衔铁衔铁 4-4-导杆导杆1 12 23 34 44 4第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器29变气隙型差动式自感传感器变气隙型差动式自感传感器)(20012SWL)(20022SWL .LL32000011 .LL30200021 衔铁衔铁R1R2L2L1ACU0U第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器30002LLK.25300

10、0012LLLL .LLLLL5300000122 第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器31第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器3243 32 21 13 31 14 41-1-线圈线圈 2-2-铁芯铁芯 3-3-衔铁衔铁 4-4-导杆导杆第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器33第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器采用差动式结构，除了可以改善非线性、提高灵敏度外，对电源电压与频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用，从而提高了传感器的稳定性。右图表示传感器非线性改善的情况。差动式自感传感器的输出特性34第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器二二. .测量电路测量电路1.电桥

11、电路电桥电路 自感式传感器常用的交流电桥有以下几种。输出端对称电桥 ()一般形式；()变压器电桥350UACU11201212222ACACACACZUUUUZZZUZZZZZZ Z1 1= =Z+Z+ Z; ZZ; Z2 2= =Z-Z- Z Z 第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器360000222ACACACUUUZjLULZRj LL 0LL002()LL 00ACUU 可见，电桥输出电压与可见，电桥输出电压与有关，相位与衔铁移动方向有关。有关，相位与衔铁移动方向有关。由于是交流信号，还要经过适当电路处理才能判别衔铁位移的由于是交流信号，还要经过适当电路处理才能判别衔铁位移的大小及