变磁阻式传感器PPT课件.ppt

第三章变磁阻式传感器 3.1 自感式传感器 3.2 变压器式传感器 3.3 电涡流式传感器 变磁阻式传感器是利用被测量的变化使线圈电感量发生改变这一物理现象实现测量的。 变磁阻式传感器分为自感式传感器、变压器式传感器、电涡流传感器，其中自感式传感器、互感式传感器统称为电感式传感器。 变磁阻式传感器测量物理量主要有：压力、位移、加速度、转速、探伤、测温、厚度等。 3.1 自感式传感器 自感式传感器主要有基本自感式传感器、差动变间隙式传感器、螺管型电感式传感器 3.1.1 基本自感式传感器 1.工作原理 基本变间隙自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁组成，结构如图3.1所示。 工作原理：工作时衔铁与被测物体连接，被测物体的位移将引起空气间隙的长度变化，由于气隙磁阻的变化，导致线圈电感量的变化，从而达到测量目的。 P44图3.1 变间隙自感式传感器 补充： 1） 线圈电感量的计算：L= N2/Rm Rm=2δ/μ0.S μ0=4π×10-7H/m为空气磁导率 L= N2×μ0.S/2δ N 为线圈匝数 Rm 为磁路总磁阻，由铁芯、衔铁、空气间隙三部分的磁阻组成,但铁芯、衔铁磁阻很小，主要由空气间隙部分的磁阻构成。 δ为空气间隙长度 S为铁芯与衔铁之间的空气间隙的相对面积 2）线圈电阻值的计算： Rc=4.ρ.N.Lcp/π.d2 Lcp为铁芯截面、线圈截面平均值线圈长度 ρ为线圈电阻率 d为线圈直径 3）线圈品质因素Q：表示线圈质量的一个物理量，为感抗XL与其等效电阻的比值。 Q=XL/ Rc=ω.L/ Rc=2. π.f.L/ Rc 电感式传感器又可分为变气隙长度的传感器和变气隙面积的传感器。前者常用于测量直线位移，后者常用于测量角位移。 2．灵敏度 变间隙式电感传感器用于测量微小位移时是比较准确的。 设传感器的初始间隙长度为δ0，面积为S0，当衔铁上移Δδ时，传感器气隙长度减小Δδ，即δ=δ0-Δδ，则此时输出电感为： L=L0+ΔL= N2×μ0. S0/2.( δ0-Δδ) = L0/(1-Δδ/δ0) 按泰勒级数展开成级数形式，Δδ/δ0﹤﹤1时得: ΔL= L0. Δδ/δ0 灵敏度K为 K=1/δ0 δ0初始间隙越小，灵敏度越高；但δ0越小，Δδ/δ0﹤﹤1不易满足，线形度差。 为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变间隙式电感传感器。 3.1.2 差动变间隙式传感器 差动变间隙式电感传感器采用两个相同的传感器共用一个衔铁组成。电感相对变化量的灵敏度K为 K=2/δ0 P45 图3.2 差动变间隙式电感传感器 单线圈式和差动式两种变间隙式电感传感器的特性比较： 优点有： A差动式比单线圈式的灵敏度高一倍； B差动式的非线性项等于单线圈非线性项乘以因子，所以，差动式的线性度得到明显改善； C 温度变化，电源波动，外界干扰等对传感器的影响，由于能够相互抵消而减小； D 电磁吸力对测力变化的影响也由于能够相互抵消而减小。 缺点有： A 非线形严重，为了限制非线形误差，示值范围只能很小； B 它的自由行程小，因衔铁在运动方向上受到铁芯限制； C 制造装配困难。 3.1.3螺管型电感式传感器 螺管型电感式传感器由线圈、衔铁和磁性导筒组成，灵敏度较低，但量程大，结构简单，易于制作和批量生产，是目前使用最广泛的一种电感式传感器。 螺管型电感式传感器的衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈电感量也因此而变化，线圈电感量的大小与衔铁位置有关。 P46 图3.3