检测与转换技术 教学课件 作者 郑骊 主编 霍平 主审 第6章 变磁阻式传.ppt

尚辅网 尚辅网 第6章 变磁阻式传感器 6.1 电感式传感器 6.1.1 自感式传感器 6.1.2 差动变压器式传感器 6.1.3 电感式传感器的零点残余电压 6.1.4 常见的电感式传感器展示 6.1.5 电感式传感器的应用 6.2 电涡流式传感器 6.2.1 电涡流式传感器的结构与工作原理 6.2.2 电涡流式传感器的测量线路 6.2.3 常见的电涡流传感器 6.2.4 电涡流传感器的应用 6.1 电感式传感器 电感式传感器实质上是一个带铁心的线圈，它是利用线圈的电磁感应原理把被测的物理量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈的自感系数L或互感系数M的变化，将L或M接入适当的测量电路，变换成电信号，实现非电量到电量的转换。 电感式传感器的种类很多，可分为自感式和互感式两大类，习惯上讲的电感式传感器通常是指自感式传感器，而互感式传感器利用了变压器原理，往往做成差动式，故常称为差动变压器式传感器。 6.1.1 自感式传感器 1．工作原理 自感式传感器由线圈、铁心和衔铁三部分组成，其中铁心和衔铁都由导磁材料（如硅钢片或坡莫合金）制成。 在铁心和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连，当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。 2．结构和主要特性 根据物理量变化的不同，自感式传感器可以分成变隙式、变面积式和螺管插铁式三种类型。 1）变隙式电感传感器 （1）变隙式电感传感器的工作原理 变隙式电感传感器的线圈是套在铁心上的，在铁心与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连，当运动部分产生位移时，空气隙厚度发生变化，从而使电感值发生变化，如图6-1（a）所示。 2）变面积式传感器 当气隙长度不变时，铁心与衔铁之间相对而言覆盖面积随被测量的变化而变化，线圈电感量与磁通横截面积S成正比，是一种线性关系，这种传感器称为变面积式电感传感器，其结构图如图6-1（b）所示。 3）螺管式传感器 螺管式传感器也称为螺管插铁式电感传感器，其结构如图6-1（c）所示，主要元件由一只螺线管和一根柱形衔铁构成。螺管式传感器工作时，衔铁随被测对象的移动而移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈的电感也因此而变化。线圈的电感与铁心插入线圈的深浅程度有关。 4）差动式自感传感器 前面几种类型的自感传感器可以制成各种形状，但都存在严重的非线性问题，为了减小非线性，在实际使用中常采用两个相同的传感线圈共用一个活动衔铁，构成差动式电感传感器，来提高传感器的灵敏度，减小测量误差。 差动式电感传感器的结构要求两个导磁体的几何尺寸及材料完全相同，两个线圈的电气参数和几何尺寸完全相同。如图6-3所示是变间隙式、变面积式及螺管式三种类型的差动式电感传感器。 （1）差动式自感传感器的工作原理 在实际应用中，将传感器的两只电感线圈接成交流电桥的相邻桥臂，另外两只桥臂由电阻组成，构成四臂交流电桥，供桥电源为交流电源。 初始状态时，衔铁处于中间位置，两边气隙相等，因此，两只电感线圈的电感量相等，数值极性相反，电桥输出为零，即电桥处于平衡状态。当衔铁偏离中间位置，造成两边气隙不一样，使得两只电感线圈的电感量一增一减，电桥不平衡，此时电桥输出电压的大小与衔铁的移动大小成比例，其相位则与衔铁移动的方向有关。若衔铁带动连动机构就可以测量多种非电量，如位移、液面高度、速度等。 （2）差动式自感传感器的输出特性 差动式自感传感器的输出特性是指电桥输出电压U0与传感器衔铁位移量Δδ之间的关系。非差动式电感传感器电感量变化ΔL和位移量Δδ之间成非线性，当构成差动电感传感器时，并且接成电桥形式后，电桥输出电压U0将与ΔL有关。 自感传感器的差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等影响，也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。 3．电感式传感器的测量转换电路 电感式传感器能实现把被测量的变化转变为电感量的变化，为了测出电感量的变化，同时也为了送入下级电路进行放大和处理，就要用转换电路把电感的变化转换成电压（或电流）的变化。 电感传感器的测量电路有交流电桥式、交流变压器式、谐振式调幅电路、调频电路和调相电路等几种。 1）交流电桥式测量电路 交流电桥式测量电路所示的结构原理如图6-4所示，把传感器的两个线圈作电桥的两个桥臂Z1和Z2，另外两个相邻的桥臂用纯电阻Z3和Z4（Z3=Z4=R）代替。对于高Q值 （ ）的差动式自感传感器， 其输出电压 2）变压器式交流电桥 变压器交流电桥如图6-5所示，Z1和Z2为传感器线圈阻抗，另外两臂为交流变压器次