1、傳感器技術(shù)第5講 變磁阻式傳感器,主講教師:劉遙生 聯(lián)系電話第5課 變磁阻式傳感器,內(nèi)容：一、電感式傳感器 二、變壓器式傳感器 三、電渦流式傳感器,目的：1、了解變磁阻式傳感器的基本工作原理； 2、掌握變磁阻式傳感器的基本結(jié)構(gòu)和應(yīng)用技術(shù)。,什么是變磁阻式傳感器 ?,利用線圈電感或互感的改變來實(shí)現(xiàn)非電量測量的傳感器稱變磁阻式傳感器。,變磁阻式傳感器是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，在自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛，是非電量測量的重要傳感器之一。,與其它傳感相比較有如下特點(diǎn)： 1、結(jié)構(gòu)簡單，壽命長。 2、靈敏度和分辯率高。能測出0.01m 的機(jī)械位移量。輸出信號強(qiáng)。 3、重復(fù)性好，線性度優(yōu)

2、良。,第一節(jié)電感式傳感器,內(nèi)容： 一、電感式傳感器主要用途和結(jié)構(gòu) 二、電感式傳感器的簡單工作原理 三、電感式傳感器的基本類型 四、測量電路,第一節(jié)電感式傳感器,一、電感式傳感器主要用途和結(jié)構(gòu),1、用途 電感式傳感器主要用于測量位移、壓力、力、振動和加速度。,2、結(jié)構(gòu) 線圈、鐵芯、銜鐵,第一節(jié)電感式傳感器,二、工作原理,傳感器運(yùn)動部分與銜鐵相連。當(dāng)銜鐵移動時(shí)，氣隙厚度發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感值變化，因此只要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。,根據(jù)電感定義，線圈中電感量可由下式計(jì)算： L=/ 式中線圈的匝數(shù)； 穿過線圈的磁通，=I/Rm Rm=2/0

3、S0 通過線圈的電流,當(dāng)氣隙磁阻遠(yuǎn)大于鐵芯和銜鐵的磁阻時(shí)，可近似為: (0空氣的導(dǎo)磁率),第一節(jié)電感式傳感器,二、工作原理,上式表示，當(dāng)線圈匝數(shù)為常數(shù)時(shí)，電感L僅僅是磁路中磁阻Rm的函數(shù)，只要改變或S0均可導(dǎo)致電感變化，因止電感式傳感器又可分為變氣隙厚度的傳感器和變氣隙面積S0的傳感器,第一節(jié)電感式傳感器,三、電感式傳感器的類型,第一節(jié)電感式傳感器,四、測量電路,L0銜鐵在中間位置時(shí)單個(gè)線圈的電感,，L兩線圈電感的差量,第一節(jié)電感式傳感器,四、測量電路,第二節(jié) 差動變壓器式傳感器,內(nèi)容：一、結(jié)構(gòu)及原理 二、基本特性 三、測量電路,第二節(jié) 差動變壓器式傳感器,一、結(jié)構(gòu)及原理,1、什么叫差動變壓器

4、式傳感器？ 把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感量變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組都用差動形式連接，故稱差動變壓器式傳感器。,2、類型,第二節(jié) 差動變壓器式傳感器,一、結(jié)構(gòu)及原理（螺旋管式）,第二節(jié) 差動變壓器式傳感器,一、結(jié)構(gòu)及原理（螺旋管式）,圖-6 三節(jié)式,第二節(jié) 差動變壓器式傳感器,一、結(jié)構(gòu)及原理（螺旋管式）,第二節(jié) 差動變壓器式傳感器,一、結(jié)構(gòu)及原理（螺旋管式）,圖-3 螺線管差變壓器結(jié)構(gòu)圖,第二節(jié) 差動變壓器式傳感器,一、結(jié)構(gòu)及原理（螺旋管式）,第二節(jié) 差動變壓器式傳感器,二、測量電路（螺旋管式）,直接利用測量信號只能識別移動大小，但不

5、能識別方向,第二節(jié) 差動變壓器式傳感器,二、測量電路（螺旋管式）,第二節(jié) 差動變壓器式傳感器,二、測量電路（螺旋管式）,第三節(jié) 電渦流式傳感器,一、電渦流式傳感器工作原理,二、結(jié)構(gòu)類型,三、測量電路,第三節(jié) 電渦流式傳感器,一、電渦流式傳感器工作原理,1、何謂電渦流式傳感器 ？,運(yùn)用電渦流效應(yīng)構(gòu)成的某參數(shù)測量裝置稱電渦流式傳感器。,第三節(jié) 電渦流式傳感器,一、電渦流式傳感器工作原理,2、什么是電渦流效應(yīng)?,當(dāng)線圈通一交變電流時(shí)，線圈周圍就產(chǎn)生一個(gè)交變磁場H1。,第三節(jié) 電渦流式傳感器,一、電渦流式傳感器工作原理,2、什么是電渦流效應(yīng)?,如果把一塊導(dǎo)體放在變化著的磁場中或相對于磁場力時(shí)，由于導(dǎo)體

6、內(nèi)部可構(gòu)成閉合回路，穿過回路的磁通發(fā)生變化，因此在導(dǎo)體中也會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這些電流在導(dǎo)體內(nèi)自行閉合成漩渦狀，故稱為電渦流，筒稱渦流。該渦流產(chǎn)生的磁場H2與H1方向相反，力圖削弱原磁場H1，從而導(dǎo)致線圈的電感量L、阻抗Z和品質(zhì)因數(shù)Q發(fā)生變化，這就是電渦流效應(yīng)。,第三節(jié) 電渦流式傳感器,圖15高頻反式電渦流傳感器原理,一、電渦流式傳感器工作原理,有一通交變電流I1的傳感器線圈，由于電流I1的存在，線圈周圍就產(chǎn)生一個(gè)交變磁場H1。若被測導(dǎo)體置于該磁場范圍內(nèi)，導(dǎo)體內(nèi)便產(chǎn)生電渦流I2，I2也將產(chǎn)生一個(gè)新磁場H2；H2與H1方向相反，力圖削弱原磁場H1，從而導(dǎo)致線圈的電感量L、阻抗Z和品質(zhì)因數(shù)Q發(fā)生變化。

7、,第三節(jié) 電渦流式傳感器,圖15高頻反式電渦流傳感器原理,一、電渦流式傳感器工作原理,影響參數(shù)的變化因數(shù)：,（取決于導(dǎo)體的）,1幾何形狀,2電導(dǎo)率,4線圈的幾何參數(shù),5電流的頻率f,6線圈到被測導(dǎo)體間的距離x,3磁導(dǎo)率,控制上述參數(shù)中的任一參數(shù)改變，余者皆不變，就能構(gòu)成測量該參數(shù)的傳感器。,第三節(jié) 電渦流式傳感器,圖15高頻反式電渦流傳感器原理,一、電渦流式傳感器工作原理,第三節(jié) 電渦流式傳感器,一、電渦流式傳感器工作原理,（4-35）,（4-36）,（4-37）,第三節(jié) 電渦流式傳感器,一、電渦流式傳感器工作原理,由式（4-35）（4-37）可知，線圈金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的阻抗、電感和品質(zhì)因數(shù)都是該

8、系統(tǒng)互感系數(shù)平方的函數(shù)。而互感系數(shù)L又是距離X的非線性函數(shù)，因此當(dāng)構(gòu)成電渦流式位移傳感器時(shí)，z=f1(x)、L=f2(x)、Q=f3(x)都是非線性函數(shù)。但在一定范圍內(nèi)，可以將這些函數(shù)近似地用一線性函數(shù)來表示，于是在該范圍內(nèi)通過測量z、L或Q的變化就可以線性地獲得位移的變化。,第三節(jié) 電渦流式傳感器,二、電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)類型,1高頻反射式,2變面積式,3螺旋式,4低頻透射式,類 型（4種）,第三節(jié) 電渦流式傳感器,二、電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)類型,1高頻反射式,由一個(gè)扁平線圈固定在框架上構(gòu)成。線圈用高強(qiáng)度漆包銅線或銀線繞制(高溫使用時(shí)可采用錸鎢合金線)，用粘結(jié)劑粘在框架端部或繞制在框架槽內(nèi)。,

9、第三節(jié) 電渦流式傳感器,二、電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)類型,1高頻反射式,分析表明，這種傳感器線圈外徑大時(shí)，線圈的磁場軸向分布范圍大，線圈外徑小時(shí)則相反 。,第三節(jié) 電渦流式傳感器,二、電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)類型,1高頻反射式,需要指出由于電渦流傳感器是利用線圈與被測導(dǎo)體之間的電磁耦合進(jìn)行工作的，被測導(dǎo)體作為“實(shí)際傳感器”的一部分，其材料的物理性質(zhì)、尺寸與形狀都與傳感器特性密切相關(guān)。因此有必要對被測體進(jìn)行討論。,1、被測導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率對傳感器的靈敏度有影響。,2、被測體表面有鍍層，鍍層的性質(zhì)和厚度不均勻也將影響測量精度。,3、被測體的大小和形狀也與靈敏度密切相關(guān)。,4、對被測體厚度也有一定要求。

10、,第三節(jié) 電渦流式傳感器,二、電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)類型,2變面積式,這種傳感器是利用被測導(dǎo)體與傳感器線圈之間相對覆蓋面積的變化引起渦流效應(yīng)的變化來測量位移的。測量的線性范圍比高頻反射式大，且線性度提高。,第三節(jié) 電渦流式傳感器,二、電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)類型,3螺旋式,由銅(或銀)制短路套筒和螺管線圈組成，短路套筒能沿螺管線圈軸向移動。這種傳感器與螺管式電感傳感器相似，但不存在鐵損；線性范圍寬，但靈敏度較低。為此，常用差動結(jié)構(gòu)，且取短路套筒長為線圈長的60左右。,第三節(jié) 電渦流式傳感器,二、電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)類型,4低頻透射式,這種類型與前三種的主要不同在于它采用低頻激勵(lì)，貫穿深度大，適用測量

11、厚度。 組成：發(fā)射線圈L、接收線圈L2組成,第三節(jié) 電渦流式傳感器,二、電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)類型,4低頻透射式,原理：當(dāng)?shù)皖l激勵(lì)電壓U1加到L1的兩端時(shí)，將在L2的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓U2。若兩線圈之間無金屬導(dǎo)體，L1的磁場就能直接貫穿L2，這時(shí)U2最大。當(dāng)有金屬板后，其產(chǎn)生的渦流，削弱了L1的磁場，造成U2下降。金屬板越厚，渦流損耗大，U2就越小。因此可利用U2的大小來反映金屬板的厚度。,發(fā)射線圈,接收線圈,第三節(jié) 電渦流式傳感器,三、測量電路,針對被測變量可以轉(zhuǎn)換為線圈電感L、阻抗Z或品質(zhì)因數(shù)Q值的三種參數(shù)的變化，測量電路也有三種。,2、電橋電路,3、Q值測試電路。 （Q值測試電路較少采用）,

12、1、諧振電路,第三節(jié) 電渦流式傳感器,三、測量電路,第三節(jié) 電渦流式傳感器,三、測量電路,1、諧振電路 （1）定頻調(diào)幅式,第三節(jié) 電渦流式傳感器,三、測量電路,1、諧振電路 （1）定頻調(diào)幅式,第三節(jié) 電渦流式傳感器,三、測量電路,1、諧振電路 （2）變頻調(diào)幅式,第三節(jié) 電渦流式傳感器,三、測量電路,1、諧振電路 （2）變頻調(diào)幅式,第三節(jié) 電渦流式傳感器,三、測量電路,1、諧振電路 （3）調(diào)頻式,第四節(jié) 變磁阻式傳感器的應(yīng)用,一、電感式傳感器的應(yīng)用,第四節(jié) 變磁阻式傳感器的應(yīng)用,二、差動變壓器式傳感器的應(yīng)用,1測量振動和加速度,差動變壓器式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖,第四節(jié) 變磁阻式傳感器的應(yīng)用,二、差動變壓器式傳感器的應(yīng)用,2測量大型構(gòu)件的應(yīng)力和位移,第四節(jié) 變磁阻式傳感器的應(yīng)用,三、電渦流式傳感器的應(yīng)用,第四節(jié) 變磁阻式傳感器的應(yīng)