第4章电感式1变磁阻式课件.ppt

第第4章章 电感式传感器电感式传感器 4.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器 4.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 4.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 4.1 变磁阻式传感器变磁阻式传感器 4.1.1 工作原理工作原理 变磁阻式传感器的组成：变磁阻式传感器的组成：线圈线圈 铁芯铁芯 衔铁衔铁 变磁阻式传感器变磁阻式传感器 铁芯和衔铁由铁芯和衔铁由导磁材料导磁材料制成：制成：1.硅钢片硅钢片 2.坡莫合金坡莫合金 1.硅钢片硅钢片 硅的作用：硅的作用：提高铁的电阻率，提高铁的电阻率，增大磁导率增大磁导率,降低矫顽力、降低矫顽力、降低铁芯损耗（铁损）降低铁芯损耗（铁损）2.坡莫合金坡莫合金 坡莫合金：即坡莫合金：即铁镍铁镍合金镍：近似银白色、硬而有延展性并镍：近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素具有铁磁性的金属元素,它能够高度磨光和抗腐蚀它能够高度磨光和抗腐蚀在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为度为，传感器的运动部分与衔铁相连传感器的运动部分与衔铁相连当当衔衔铁铁移移动动时时，气气隙隙厚厚度度发发生生改改变变，引引起起磁磁路路中中磁磁阻阻变变化化，从从而而导导致致电电感感线线圈的圈的 L 变化变化。

只只要要能能测测出出 L 的的变变化化，就就能能确确定定衔衔铁位移量的大小和方向铁位移量的大小和方向由由磁路欧姆定律磁路欧姆定律，得得 Rm 为磁路总磁阻为磁路总磁阻1铁芯材料的铁芯材料的导磁率（磁导率）导磁率（磁导率）；2衔铁材料的导磁率；衔铁材料的导磁率；l1磁通量通过铁芯的长度；磁通量通过铁芯的长度；l2磁通量通过衔铁的长度；磁通量通过衔铁的长度；变磁阻式传感器变磁阻式传感器 S1铁芯的截面积；铁芯的截面积；S2衔铁的截面积；衔铁的截面积；0空气的导磁率；空气的导磁率；S0气隙的截面积；气隙的截面积；气隙的厚度气隙的厚度S1铁芯的铁芯的截面积；截面积；S2衔铁的衔铁的截面积；截面积；0空气的空气的导磁率；导磁率；S0气隙的气隙的截面积；截面积；气隙的厚气隙的厚度当线圈匝数为常数时，当线圈匝数为常数时，L 仅仅是仅仅是Rm的函数，改变的函数，改变或或 S0 均可导致电感变化均可导致电感变化变磁阻式传感器又可分为变气隙厚变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度度的传感器和变气隙面积的传感器和变气隙面积 S0 的传感器的传感器目前使用最广泛的是变气隙厚度式目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器。

电感传感器4.1.2 输出特性输出特性 L与与之间是之间是非线性非线性关系关系 图4-2 变隙式电压传感器的L-特性 当当衔衔铁铁处处于于初初始始位位置置时时，初初始始电电感量为感量为 当衔铁上移当衔铁上移时，时，当当/02LC且且2LC 1时，时，令 C 的存在，使有效串联损耗电阻及的存在，使有效串联损耗电阻及有效电感增加，而有效有效电感增加，而有效 Q 值减小在在有有效效阻阻抗抗不不大大的的情情况况下下，它它会会使使 K 提高，从而引起传感器性能的变化提高，从而引起传感器性能的变化在测量中若更换连接电缆线的长度，在测量中若更换连接电缆线的长度，在在激励频率较高激励频率较高时应对传感器的灵时应对传感器的灵敏度重新进行校准敏度重新进行校准2.交流电桥式测量电路交流电桥式测量电路 交流电桥测量电路 当衔铁往上移动当衔铁往上移动 时，时，差动传感器差动传感器电感的总变化量电感的总变化量L=L1+L2 对上式进行线性处理对上式进行线性处理,即忽略高次项即忽略高次项得得 单线圈式和差动式两种变间隙电感单线圈式和差动式两种变间隙电感传感器的特性比较：传感器的特性比较：差动式变间隙电感传感器的灵敏差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的度是单线圈式的两倍两倍。

差动式的线性度得到明显改善差动式的线性度得到明显改善电桥输出电压与电桥输出电压与成正比关系成正比关系3.变压器式交流电桥变压器式交流电桥 变压器式交流电桥 电电桥桥两两臂臂Z1、Z2为为传传感感器器线线圈圈阻阻抗抗，另另外外两两桥桥臂臂为为交交流流变变压压器器次次级级线线圈圈的的1/2阻抗当负载阻抗为无穷大时，当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压桥路输出电压 当传感器的衔铁处于中间位置，当传感器的衔铁处于中间位置，即即Z1=Z2=Z，此时有此时有 电桥平衡电桥平衡当衔铁上移时，当衔铁上移时，如如 Z1=Z+Z，Z2=Z Z时，时，当衔铁下移时，当衔铁下移时，如如 Z1=ZZ，Z2=Z+Z，衔铁上移，衔铁上移，衔铁下移衔铁下移 衔衔铁铁上上下下移移动动相相同同距距离离时时，输输出出电电压相位相反，大小随衔铁的位移而变化压相位相反，大小随衔铁的位移而变化由于由于 是交流电压，输出指示无法是交流电压，输出指示无法判断位移方向，判断位移方向，必须配合必须配合相敏检波电路相敏检波电路来解决4.谐振式测量电路谐振式测量电路 分类：分类：谐振式谐振式调幅调幅电路电路 谐振式谐振式调频调频电路电路 谐振式调幅电路 输出电压的频率与电源频率输出电压的频率与电源频率相同相同，输出电压的幅值随着电感输出电压的幅值随着电感 L 而变化，而变化，其中其中 L0 为谐振点的电感值。

为谐振点的电感值电路的优点：电路的优点：灵敏度很高，灵敏度很高，不足：不足：线性差，线性差，适用于线性度要求不高的场合适用于线性度要求不高的场合谐振式调频电路谐振式调频电路 谐振式调频电路 电电感感 L 的的变变化化将将引引起起输输出出电电压压频频率的变化率的变化根据根据 f 的大小即可测出被测量的值的大小即可测出被测量的值它具有严重的非线性关系它具有严重的非线性关系4.1.4 变磁阻式传感器的应用变磁阻式传感器的应用 变隙电感式压力传感器结构图 变隙式差动电感压力传感器 。