PAGEPAGE51自感型電感式傳感器及其應用摘要隨著信息時代的到來，信息技術(shù)對社會發(fā)展、科學進步起到了決定性的作用。信息技術(shù)的基礎(chǔ)包括信息采集、信息傳輸與信息處理，而信息的采集離不開傳感器技術(shù)。近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。作為新型傳感器的一種——變磁阻式傳感器，對其深入研究也就更加愈加重要。本文磁阻式傳感器的基本概念入手，著重討論了電感式、變壓器式和電渦流式三種傳感器的工作原理、輸出特性、測量電路及其在生活中的實際應用。旨在幫助我們利用傳感器知識更好的改善生活，提高生活質(zhì)量，從而促進社會進步。關(guān)鍵詞：變磁阻式傳感器；電感式；變壓器式；電渦流式；原理；應用AbstractWiththeadventoftheinformationage,informationtechnologyplayedadecisiveroleonsocialdevelopment,scientificprogress.Thefoundationofinformationtechnologyincludesinformationcollection,informationtransmissionandinformationprocessing,andinformationcollectioncannotignorethesensortechnology.Inrecentyears,thesensorisinthestageofdevelopmentfromtraditionaltonew.Magneticresistancesensorasakindofnewtypeofsensor,theresearchofitisbecomingmoreandmoreimportant.Thispaperstartedwiththebasicconceptofmagneticresistancesensor,anddiscussedtheinductive,transformerandtheeddycurrenttypeofthesensor'sworkingprinciple,outputcharacteristics,measurementcircuitandtheactualapplicationinthelife.Usingsensorsaimedathelpingusimprovelife,alsotopromotesocialprogress. Keywords：MagneticResistanceSensor;Inductive;Transformer;EddyCurrentType;WorkingPrincipleApplication1.自感式電感傳感器1.1自感式電感傳感器定義自感式電感傳感器，利用被測量的變化引起線圈自感或互感系數(shù)的變化，從而導致線圈電感量改變這一物理現(xiàn)象來實現(xiàn)測量的傳感器。可用來測量位移、振動、壓力、流量、重量、力矩、應變等多種物理量。既可用于動態(tài)測量，也可用于靜態(tài)測量。實質(zhì)上是一種機電轉(zhuǎn)換裝置，在自動控制系統(tǒng)中應用十分廣泛，是非電量測量的重要傳感器之一。1.2自感式電感傳感器分類根據(jù)轉(zhuǎn)換原理，分為電感式（自感L變化）、變壓器傳感式（互感M變化）、電渦流式（L、M都變化）傳感器；根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，分為氣隙型、面積型、螺管型傳感器。本文主要按轉(zhuǎn)換原理分類，逐個進行介紹。1.3自感式電感傳感器的優(yōu)缺點具有以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，壽命長；靈敏度高，分辨力大，能分辨0.01的位移變化；重復性好，線性度優(yōu)良；能實現(xiàn)遠距離傳輸、記錄、顯示和控制。有兩個不足：靈敏度、線性度和測量范圍相互制約；存在交流零位信號，不宜高頻動態(tài)測量。2.電感式傳感器2.1工作原理電感式傳感器，是利用線圈自感量的變化來實現(xiàn)測量的。它的結(jié)構(gòu)由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為δ，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當被測量變化時，使銜鐵產(chǎn)生位移，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感量變化。因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。線圈中電感量：，其中是線圈匝數(shù)，是總磁阻。且（是磁導率，是空氣氣隙）因為所以若氣隙截面積A保持不變，則L為δ的單值函數(shù)，構(gòu)成變氣隙厚度式自感傳感器；保持氣隙間距δ不變，A隨被測量（如位移）變化，構(gòu)成變氣隙面積式自感傳感器。傳感器靈敏度：S與氣隙長度的平方成反比，愈小，S愈高，同時存在非線性誤差。為減小此誤差，通常規(guī)定在較小間隙變化范圍內(nèi)使用，一般取。這種傳感器適用于較小位移（0.001~1mm）的測量。2.2輸出特性氣隙厚度時自感系數(shù)：。當銜鐵上移時，傳感器氣隙減小，即，則輸出電感為當時，用泰勒級數(shù)展開成級數(shù)形式：；當銜鐵隨被測的初始位置向下移動時，同理有忽略高次項線性處理得：，因此既可確定銜鐵位置又可確定方向。電感靈敏度：2.3測量電路自感式傳感器實現(xiàn)了把被測量的變化為電感量的變化。為了測出電感量的變化，就要用轉(zhuǎn)換電路把電感量的變化轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）的變化，最常用的轉(zhuǎn)換電路如下：（1）變壓器電橋電路：基本原理是輸出電壓反映了傳感器線圈阻抗的變化。（2）相敏檢波電路：基本原理是輸出電壓經(jīng)相敏檢波可反映位移的大小和方向。（3）調(diào)頻電路：基本原理是傳感器電感的變化引起輸出電壓頻率的變化。（4）調(diào)相電路：基本原理是傳感器電感的變化將引起輸出電壓相位的變化。2.4實踐應用（1）應用于電感式滾珠直徑分選裝置。（2）應用于磨加工主動測量、測量長度位移量和制做電子測微儀。3.變壓器式傳感器3.1工作原理變壓器式傳感器，是利用變壓器作用原理把被測位移等轉(zhuǎn)換為初、次級線圈互感變化的。閉磁路變隙式差動變壓器的結(jié)構(gòu)：在A、B兩個鐵芯上繞有的兩個初級繞組和兩個次級繞組。兩個初級繞組的同名端順向串聯(lián)，而兩個次級繞組的同名端則反向串聯(lián)。當被測體沒有位移時銜鐵處于初始平衡位置，與兩個鐵芯的間隙相等，則兩繞組的互感相等，則兩個次級繞組的互感電勢相等。因次級繞組反相串聯(lián)，差動變壓器輸出電壓為零。當被測體有位移時銜鐵的位置發(fā)生變化，兩次級繞組的互感電勢不相等，即差動變壓器有電壓輸出。輸出電壓的大小與相位反映位移的大小和方向。圖4-8所示是變隙電感式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖。它由膜盒、鐵芯、銜鐵及線圈等組成，銜鐵與膜盒的上端連在一起。當壓力進人膜盒時，膜盒的頂端在壓力P的作用下產(chǎn)生與壓力P大小成正比的位移。于是銜鐵也發(fā)生移動，從而使氣隙發(fā)生變化，流過線圈的電流也發(fā)生相應的變化，電流表指示值就反映了被測壓力的大小。3.2輸出特性研究前提是：在忽略鐵損（即渦流與磁滯損耗忽略不計）、漏感以及變壓器次級開路（或負載阻抗足夠大）的條件下的等效電路。不考慮鐵芯與銜鐵中的磁阻影響時，變隙式差動變壓器輸出電壓為當銜鐵處于初始平衡位置時U2=0。若被測體帶動銜鐵移動，向上移動Δδ（向上移動為正）時有由此可知，變隙式差動變壓器的輸出電壓與銜鐵位移量成正比。閉磁路變隙式差動變壓器的輸出特性表明，變壓器輸出電壓大小與銜鐵位移大小成正比，相位根據(jù)銜鐵移動方向與輸入電壓同相或反向。變隙式差動變壓器靈敏度K的表達式為：電源幅值的適當提高可以提高靈敏度值，但要以變壓器鐵芯不飽和以及允許溫升為條件。增加W2/W1的比值和減小δ0都能使靈敏度K值提高。但W2/W1的比值與變壓器的體積及零點殘余電壓有關(guān)。一般選擇傳感器的δ0為0.5mm。圖4-9所示為變隙式差動電感壓力傳感器。它主要由C形彈簧管、銜鐵、鐵芯和線圈等組成。當被測壓力進人C形彈簧管時，C形彈簧管產(chǎn)生變形，其自由端發(fā)生位移，帶動與自由端連接成一體的銜鐵運動，使線圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等、符號相反的變化，即一個電感量增大，另一個電感量減小。電感的這種變化通過電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出。由于輸出電壓與被測壓力之間成比例關(guān)系，所以只要用檢測儀表測證出輸出電壓，即叮得知被測壓力的大小。3.3測量電路圖5.20微壓傳感器接頭圖5.20微壓傳感器接頭通孔線路板銜鐵殼體差動變壓器底座膜盒插頭差動變壓器輸出交流電壓，用交流電壓表測量，只能反映銜鐵位移大小，不能反映移動方向；測量值中還包含零點殘余電壓。為了辨別移動方向和消除零點殘余電壓，實際測量時，常常采用差動整流電路和相敏檢波電路。典型差動整流電路有：半波電壓輸出，全波電壓輸出，半波電流輸出，全波電流輸出四種電路。差動整流電路，電壓輸出的，適用于交流阻抗負載；電流輸出的，適用于低阻抗負載。并且差動整流電路具有結(jié)構(gòu)簡單,不需要考慮相位調(diào)整和零點殘余電壓的影響,分布電容影響小和便于遠距離傳輸?shù)葍?yōu)點，因而獲得廣泛應用。3.4實踐應用（1）電感測微儀動態(tài)測量范圍：分辨率：精度：3%（2）電感壓力傳感器由接頭、膜盒、底座、線路板、差動變壓器、銜鐵、罩殼組成（3）電感式滾珠直徑分選裝置4.總結(jié)與展望

傳感器技術(shù)，是一門集物理學、生物學、化學、電子通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多門學科交叉的前沿技術(shù)，被公認為是本世紀發(fā)展最為迅猛的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。作為新型傳感器的一種——變磁阻式傳感器，僅僅有這些基礎(chǔ)理論是不夠的，生活中還有更多的問題有待解決。對其研究的不斷深入，不僅可以解決更多的實際問題，提高國民的全體生活質(zhì)量，還可以進一步提高國家的綜合實力。隨著企業(yè)在不斷借鑒國際先進技術(shù)的同時加強自身的自主創(chuàng)新，可以預見，中國傳感器市場前景一片大好！參考文獻[1]郭勇.PROTELDXP2004