电气测试技术第四章变磁阻式传感器

广东机电职业技术学院变磁阻式传感器也叫电感式传感器电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量(力、位移)转化为电感量的一种装置。分类:变磁阻式传感器电感式（自感型）电涡流式变压器式（互感型）变磁阻式传感器被测物理量（非电量：位移、振动、压力、流量、比重）线圈自感系数L/互感系数M电感/互感电压或电流（电信号）电磁感应广东机电职业技术学院变磁阻式传感器第一节电感式—自感型可变导磁面积型差动型一、原理:电磁感应广东机电职业技术学院S1l1L1W23l2±1—线圈；2—铁芯(定铁芯)；3—衔铁(动铁芯)S2图4–1电感式传感器变磁阻式传感器广东机电职业技术学院线圈中电感量可由下式确定：式中,Rm为磁路总磁阻。（4-1）变磁阻式传感器m2RWL气隙很小，可以认为气隙中的磁场是均匀的。若忽略磁路磁损，则磁路总磁阻为002221112SSlSlRm（4-2）广东机电职业技术学院通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即222001110022SlSSlS则式（4-2）可写为002SRm联立式（4-1）及式（4-4），可得20022SWRWLm（4-3）（4-4）（4-5）变磁阻式传感器广东机电职业技术学院上式表明：当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数，改变δ或S0均可导致电感变化，因此变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感器和变气隙面积S0的传感器。目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器。变磁阻式传感器广东机电职业技术学院二、L与δ之间是非线性关系，特性曲线如图4-2所示。2002SWLL＋－oL0L0＋LL0－L图4-2变隙式电压传感器的L-δ特性变磁阻式传感器广东机电职业技术学院可见：变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。灵敏度200020002SLLK（4-15）变磁阻式传感器广东机电职业技术学院1-铁芯；2-线圈；3-衔铁当衔铁向上移动时，两个线圈的电感变化量分别为L1、L2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。图4-3差动变隙式电感传感器变磁阻式传感器广东机电职业技术学院结论：①差动式为简单式电感传感器灵敏度的2倍。②非线性减小。简单式电感传感器非线性误差③克服温度等外界共模信号干扰。变磁阻式传感器广东机电职业技术学院图4-4交流电桥测量电路Z1Z2Z3＝RZ4＝RoUU1、交流电桥式测量电路变磁阻式传感器22ULLUZZUo0广东机电职业技术学院UC2U2UZ1Z2oUABD＋－＋－＋－图4-5变压器式交流电桥2.变压器式交流电桥变磁阻式传感器20.2112.UUZZZZ广东机电职业技术学院可知：衔铁上下移动相同距离时，输出电压相位相反，大小随衔铁的位移而变化。由于是交流电压，输出指示无法判断位移方向，必须配合相敏检波电路来解决。当传感器衔铁上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ，22ULLUZZUo当传感器衔铁下移：如Z1=Z－ΔZ，Z2=Z+ΔZ，此时22ULLUZZUo变磁阻式传感器广东机电职业技术学院3.谐振式测量电路分为：谐振式调幅电路和谐振式调频电路。oUOL0LoUTUCL(a)(b)图4-6谐振式调幅电路此电路灵敏度很高，但线性差，适用于线性度要求不高的场合变磁阻式传感器广东机电职业技术学院GCLffoL(a)(b)图4-7谐振式调频电路f与L具有严重的非线性关系变磁阻式传感器广东机电职业技术学院线圈铁芯衔铁膜盒PU～A电感式压力传感器结构图广东机电职业技术学院线圈1C形弹簧管调机械零点螺钉线圈2衔铁～输出P电感压力传感器广东机电职业技术学院工作原理:互感现象.EwEoutWW1W2Eoutx-x第二节差动变压器式传感器一、结构与工作原理变磁阻式传感器广东机电职业技术学院零点残余电压广东机电职业技术学院二、等效电路差动变压器等效电路r1baEEU222变磁阻式传感器123广东机电职业技术学院问题：差动变压器的输出是交流电压(用交流电压表测量，只能反映衔铁位移的大小，不能反映移动的方向);三、测量电路(1)差动整流电路变磁阻式传感器广东机电职业技术学院（2）相敏检波电路变磁阻式传感器U0U01U02UL广东机电职业技术学院11B2Ax(t)1—悬臂梁；2—差动变压器差动变压器式加速度传感器原理图广东机电职业技术学院第三节电涡流式变磁阻式传感器原理:涡流效应广东机电职业技术学院原线圈的等效阻抗Z变化：fZZ2),,,(为圆频率即为磁导率，为金属电阻率，为间距，其中广东机电职业技术学院.1.2.11.11.1.22.220UIMjILjIRIMjILjIR2222222122222221..)()(LLRMLjRLRMRIUZ22222221)(LRMLLL线圈的等效电感为：M为互感系数，与成反比广东机电职业技术学院影响阻抗Z的变量：1、间距δ，δMZ可用于检测位移，振动等物理量2、金属板的电阻率ρ或金属板的磁导率μ可用于材质鉴别或无损探伤。特点：可用于动态非接触测量，测量范围0~1500um，分辨力可达1um，且结构简单方便可靠。广东机电职业技术学院广东机电职业技术学院产品：广东机电职业技术学院案例：板的厚度测量~