传感器技术3-变磁阻式传感器-中英对照.ppt

第3章 变磁阻式传感器Variable Reluctance Sensor 第3章 变磁阻式传感器 3.1 传感器线圈的电气参数分析 课本65页图3-1为一种简单的自感式传感器，它由线圈(coil)、铁心(core)和衔铁(armature)等组成。当衔铁随被测量变化而上、下移动时，铁心气隙、磁路磁阻(reluctance)随之变化，引起线圈电感(inductance)量的变化，然后通过测量电路转换成与位移成比例的电量，实现了非电量到电量的变换。可见，这种传感器实质上是一个具有可变气隙(variable air gap)的铁心线圈(iron core coil)。 3.1 传感器线圈的电气参数分析 类似于上述自感式传感器，变磁阻式传感器通常都具有铁心线圈(iron core coil)或空心线圈(air core coil)(后者可视作前者的特例)。因此，分析铁心线圈的电气参数与它们对线圈特性的影响，对了解与分析变磁阻式传感器以及选择传感器参数有帮助。为此，我们将传感器线圈等效成图3-2所示的等效电路(equivalent circuit) ，并对电路参数及其影响一一进行讨论。 1.线圈电感(coil inductance)L-由磁路基本知识可知，匝数(turns)为W的线圈电感为 3.1 传感器线圈的电气参数分析 当线圈具有闭合磁路(closed magnetic circuit)时 式中? RF——导磁体总磁阻(overall reluctance of magnetic conductor)。 当线圈磁路(magnetic circuit)具有小气隙(small air gap)时 式中? Rδ——气隙总磁阻(overall reluctance of air gap)。 3.1 传感器线圈的电气参数分析 为了分析方便，需要将各种形式的线圈的电感L用统一的式子表达。为此，引入等效磁导率(equivalent magnetic conductivity)概念，即将线圈等效成一封闭铁芯线圈，其磁路等效磁导率为μｅ，磁通截面积为S，磁路长度为ｌ，于是式(3-1)变为 ?????? ?????????????????????????????? 式中? μ0—真空磁导率(magnetic conductivity of vacuum)，μ0＝4π×10-7(H/ｍ))。 3.1 传感器线圈的电气参数分析 2.铜损电阻(copper loss resistance) Rc取决于导线材料及线圈的几何尺寸 3.涡流损耗电阻(eddy current loss resistance) Rｅ由频率为ｆ的交变(alternating)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，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。 4.磁滞损耗电阻(magnetic hysteresis loss resistance) 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。 5.并联寄生电容(parallel parasitic capacity) C的影响 并联寄生电容主要由线圈绕组(coil winding)的固有电容与电缆分布电容所构成。 3.1 传感器线圈的电气参数分析 3.1 传感器线圈的电气参数分析 3.1 传感器线圈的电气参数分析 式(3-20)表明，铁损的串联等效电阻Re′与L有关。因此，当被测非电量的变化引起线圈电感量改变时，其电阻值亦发生不希望有的变化。要减少这种附加电阻变化的影响，比值Re/ωL应尽量小，以使Re′ωL′，从而减小了附加电阻变化的影响。可见，在设计传感器时应尽可能减少铁损。当考虑实际存在并联寄生电容C时，阻抗Z为 3.1 传感器线圈的电气参数分析 式中? 总的损耗电阻 ，品质因数 。 当Q1时，1/Q2可以忽略，式(3-22)可简化为 3.1 传感器线圈的电气参数分析 由式(3-22)、(3-24)、(3-25)知，并联电容C的存在，使有效串联损耗电阻与有效电感均增加，有效Q值下降并引起电感的相对变化增加，即灵敏度提高。因此，从原理而言，按规定电缆校正好的仪器，如更换了电缆，则应重新校正或采用并联电容加以调整。实际使用中因大多数变磁阻式传感器工作在较低的激励频率(excitation frequency)下(ｆ≤10ｋHｚ)，上述影响常可忽略，但对于工作在较高激励频率下的传感器(如反射式reflective涡流传感器)，上述影响必需引起充分重视。 3.2 自感式传感器 一.工作原理与输出特性 如前所述，自感式传感器(self ind