变磁阻式传感器..ppt

第6章 变磁阻式传感器 电感式传感器 差动变压器式传感器 电涡流传感器 基础知识一：磁力 (B)线的分布规律 磁力线是一簇封闭的无头无尾的永不相交的曲线； 磁力线总是趋向于走磁阻最小的路径； 磁力线垂直穿出或进入导磁体表面； 当两磁极表面平行且气隙很小时，磁场可看作是均匀的，而且磁力线呈平行直线。 基础知识二：磁阻与磁导 基础知识三：等效磁路 概述 变磁阻式传感器： 利用磁路磁阻变化引起传感器线圈的电感（自感L或互感M）变化来检测非电量的机电转换装置。 按照工作原理分类： 自感式： L变化 差动变压器式：M变化 电涡流式： L、M变化 §6.1 电感式传感器 一、单电感传感器 简单电感传感器的工作原理 1、变间隙简单电感传感器的输出特性 变间隙简单电感传感器的输出特性 Conclusions: 减小δ0，增大灵敏度。 △L/L＝f(△δ）为非线性，而且当△δ/ δ↑，非线性增大。 非线性与测量范围相互制约，一般取△δ/ δ=0.1～0.2，所以变隙式电感式传感器用于测量微小位移时是比较精确的。 △δ↓与△δ ↑引起的△L的变化大小不同，且△δ越大， 两种情况对应的△L相差越大。 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。 2、电感传感器的等效电路分析 不考虑寄生电容、磁滞损耗的等效电路： 考虑线圈间寄生电容C后的等效电路： 考虑线圈间寄生电容C后的等效电路： Conclusions： 寄生电容C使得等效电阻和等效电感增加； 在实际的测量中，若改变电缆引线的长度，即改变了寄生电容C（主要是电缆电容）的大小，则电感传感器有效电感发生变化 ，灵敏度也将发生变化。需要重新校准。 有效灵敏度 品质因素 3、简单电感传感器的测量线路 Discussion： δ≈0时，磁阻RmF相对较大，不能忽略，所以有一定的起始电流。 小气隙电感传感器与小气隙电容传感器的比较 相同或相似之处： 公式表示形式、非线性分析、差动结构等； 电容器有电场边界问题，电感有磁场边界问题； 适合测量较小位移量。 电感传感器的特点 优点： 结构简单，可靠性好； 分辩率较高，能测量很小的机械位移和感受很小的转角位移变化； 传感器的输出信号强，有利于信号的传输和放大，一般每毫米的变化可达数百毫伏的输出； 线性特性较好，性能较稳定； 能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制, 在工业自动控制系统中被广泛采用。 缺点： 存在变化的交流零位信号； 不适合高频动态信号的测量。 电感式传感器的应用 应用：电感式压力传感器 变面积式电感传感器 螺管式电感传感器 螺管式电感传感器 单电感传感器总结 自感式电感传感器可分为变间隙型、变面积型和螺管型三种类型。 变间隙型灵敏度较高,但非线性误差较大,且制做装配比较困难. 变面积型灵敏度较前者小,但线性较好,量程较大. 螺管型灵敏度适中,量程大且结构简单，易于制作和批量生产,是使用最广泛的一种电感式传感器. 二、差动式电感传感器－E型 2、工作原理 3、E型差动电感传感器接入电桥的输出特性 差动式电感传感器的优点总结： 改善非线性； 提高灵敏度； 两组线圈互为补偿，所以受环境（温度、电源波动、电磁场干扰）影响小； 由于对称结构，衔铁受两个线圈的电磁吸力大小相当，方向相反，可以相互抵消； 零位电压小。 三、误差分析 电源电压波动（幅值、频率）影响： 电源波动直接影响电感传感器的输出; 电源波动引起铁芯B的变化; Usr过大使得B饱和,波形出现畸变; 频率变化引起感抗变化. 磁化曲线的非线性 零位电压产生原因 与基波分量相关的因素： 差动式导磁体的几何尺寸不对称； 差动电感的线圈电气参数不相等； 衔铁不在中间位置； 与高次谐波分量相关的因素： 导磁体饱和，工作在磁化曲线的非线性段； 在电源中含有高次谐波； 线圈寄生电容、线圈与外壳之间的分布电容的影响。 高次谐波引起零位输出 零位电压的后果与解决措施 引起的不良后果： 零位的漂移会降低精度与分辨率； 零位输出电压过大易使放大器提早饱和。 措施： 机械设计和加工保证结构上对称性； 采用电路补偿方法。即在传感器电桥电路中（包括变压器电桥）中串联电阻、并联电容,以达到对电压的相位、幅值变化的补偿。 一般原则： 串联电阻可以减小零位电压、实现调零； 并联电容可以改变零位电压的相位，消除基波高次谐波正交分量； 选用合适的测量电路，如整流电路，相敏检波电路等 。 差动电感传感器测量电路（1） —— 交流电桥 （2）变压器电桥 §6.2 差动变压器式传感器  （Linear Variable Differential Transformer 简称LVDT） 一、工作原理和结构 互感原理 其他结构差动变压器式传感器 其他结构差动变压器式传感器 二、螺管