1、變磁阻式傳感器一、變磁阻式傳感器特點變磁阻式傳感器是自感式傳感器的一種，自感式傳感器又屬于電感式傳感器類別。電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量，如位移、壓力、流量、振動等，轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再由轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。電感式傳感器具有以下特點：1、結(jié)構(gòu)簡單、傳感器無活動的電接觸點，因此工作可靠壽命長；2、靈敏度和分辨率高，能測出0.01的位移變化，傳感器的輸出信號強，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達(dá)到數(shù)百毫伏的輸出；3、線性度和重復(fù)性都比較好，在一定位移范圍（幾十微米至數(shù)毫米）內(nèi)，傳感器非線性誤差僅達(dá)到0.05%0.1%,并且穩(wěn)

2、定性也較好。同時，這種傳感器能實現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制，他在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中廣泛被采用；但是它有頻率響應(yīng)較低、不宜快速動態(tài)測控等缺點。二、結(jié)構(gòu)和工作原理變阻式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示，它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵都由導(dǎo)磁材料，如硅鋼片和坡莫合金制成。在鐵芯和活動銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為d。傳感器的運動部分與銜鐵相連，當(dāng)銜鐵移動時，氣隙厚度6發(fā)生變化，從而使磁路中磁阻變化，導(dǎo)致電感線圈的電感值變化，這樣可以由此判別被測量的位移大小。線圈的電感值L可按如下電工學(xué)公式計算：L=N2Rm(1)式中N線圈匝數(shù)；Rm單位長度上的磁路總磁阻。圖1是變磁阻式傳感器基本結(jié)

3、構(gòu)圖。圖1變磁阻式傳感器基本結(jié)構(gòu)圖磁路總磁阻可寫成：Rm=Rf+R-式中Rf鐵芯磁阻；R空氣氣隙磁阻;其中Rf和R6可以分別由下式求出:rf=4打-1A1:2A22、F=KA(2)(3)(4)式（3）中，第一項為鐵芯磁阻，第二項為銜鐵磁阻;L1磁通通過鐵芯的長度（m）;A1鐵芯橫截面積（m2）;1鐵芯材料的導(dǎo)磁率（H/m）;L2磁通通過彳車f鐵的長度（m）;2、A2銜鐵橫截面積（m）；銜鐵材料的導(dǎo)磁率（H/m）;2、A氣隙橫截面積（m）;0空氣的導(dǎo)磁率（4兀X10.7H/m）。由于Rf2(即工6)L為銜鐵在中間位置時，單個線圈的電感量。式（9）中，不存在偶次項，顯然，差動式電感傳感器的非線性在

4、工作范圍內(nèi)要比單個電感傳感器小很多，由圖可以說明這一點。圖鐵的位移量A6有關(guān)，它的相位則與銜鐵移動方向有關(guān)。若設(shè)銜鐵向上移動5還說明電橋的輸出電壓大小和銜6為負(fù)，則U。為負(fù)；銜鐵向下移動A6為正,則U。為正，即相位相差180。差動式電感傳感器的靈敏度S,由式（9）忽略高次項后得到式（10）。圖中1L1=f（6）,2-L2=f（a卜圖5是差動電感傳感器輸出特性圖。圖5差動電感傳感器的輸出特性圖S-2L.0S=、二0(10)比較單線圈式和差動式，區(qū)別如下：(1)差動式間隙電感傳感器的靈敏度是單線圈式的兩倍。(2)差動式的非線性忽略3次以上高次項，單線圈的非線性項忽略2次以上高次項；并且兩者都有(A

5、d/do)1,因此，差動式的線性度得到明顯改善。3、調(diào)理電路電感傳感器的測量電路有交流電橋式、交流變壓器式和把傳感器作為振蕩橋路中一個組成元件的諧振式等幾種。(1)交流電橋式調(diào)理電路圖4所示結(jié)構(gòu)原理的等效電路如圖6所示，把傳感器的兩個線圈做電橋的兩個橋臂乙和Z2，另外兩個相鄰的橋臂用純電阻(Z3=R,Z4=R，弋替。對于高Q值，Q=8L/R的差動式線圈傳感器，其輸出電壓為:L.L(11):Uac:ZiUacjUacL.L00=L2Zi2Roj2Lo式中Lo銜鐵在中間位置時，單個線圈的電感；Ro為其損耗；.L兩線圈電感的變化量。圖6一般形式的交流電橋圖7變壓器式交流電橋忽略式(9)中的高次項后，

6、AL=(2LoA6)吊，代入式(11)后可得：Uo=Uac域沁,電橋輸出電壓與6有關(guān)，相位與銜鐵移動方向有關(guān)。(2)變壓器式交流電橋變壓器式交流電橋如圖7所示。電橋兩臂乙和Z2為傳感線圈阻抗,另外兩臂為交流變壓器次級線圈的12阻抗，電橋A點的電壓應(yīng)為:LUaZ2Z2J=UAC(C點為正,CD點為負(fù))L或Ua乙Z2J=uAC(D點為正,C點為負(fù))LB點電位為：UbLUacO2當(dāng)負(fù)載阻抗為無窮大時，橋路輸出電壓:或者為：LUoLUacZ1-Z2Z2(12)當(dāng)傳感器的銜鐵處于中間位置時，即Z1=Z2=Z,此時Uo=6或o,電橋平衡。當(dāng)銜鐵上移時，下面線圈阻抗減小，即Z2=Z-AZ;而上面線圈的阻抗增加，即乙=Z+AZ,于是由式(12)得LL.Uac乙N2UacZUacjLuo=(13)o2Z1Z22Z2R+jL當(dāng)銜鐵下移同樣大小的距離時,乙=Z-AZ,Z2=Z+AZ,則輸出電壓為:LU0L_UacZ1Z2_UacAZ_UacjAL2ZiZ2-2Z-2R+jL(14)設(shè)線圈Q值很高，省略損耗電阻，式和式可寫為:LUAC.LU0=-C-2L(15)從式（15）可知，銜鐵上、下移動時，