传感器13章变磁阻式

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1、传感器技术及应用机械092011～2012第二学期2012年2月第3章变磁阻式传感器1本课内容：工作原理——传感器线圈的电器参数分析自感式传感器——类型、结构、应用变磁阻式传感器——电感式传感器1、自感式2、互感式变磁阻（电感）式传感器工作原理被测量RmL输出电量：电压V电流A频率f变磁阻式传感器测量电路应用：常用来检测位移、振动、力、应变、流量、比重等物理量。3.1传感器线圈的电气参数分析式中：M——磁通量；W——线圈的匝数,S——截面积B—磁场强度I——线圈中电流0真空中磁导率l——螺线

2、管长度1、通电线圈的磁通量lIB2、安培定律1）空心线圈式中：——铁芯材料的磁导率l——铁芯长度2）铁芯线圈lSlS3、线圈的电感量L4、磁路中的磁阻Rml—磁路长度，S—磁路截面积，—材料的磁导率1）单一材料导磁体：lSlS2）具有可变气隙的铁芯线圈（1）闭合磁路：Rm＝RFRF——导体总磁阻（2）具有小气隙：Rm＝R1＋R2＋RRR1——铁心2磁阻、R2——衔铁3磁阻、有：RmR3.2自感式传感器3.2.1常用的自感式传感器工作原理按几何参数变化形式：变气隙式、变面积式、螺管式按组成方式

3、：差动式1.变气隙式自感传感器工作原理：1)保持铁心、衔铁材料、结构、线圈匝数不变，2)保持气隙磁通面积S不便，则电感L是气隙总长l的单值函数RmL被测量衔铁位移变隙式自感式传感器输入－输出特性为非线性－衔铁与铁心间的气隙长度－气隙变化量，即测量范围l－气隙总长l=2传感器的灵敏度：灵敏度K0与气隙成反比变隙式自感式传感器适于测量微小的位移量为保证一定的测量范围和线性度取：＝0.1～0.5mm=(1/5~1/10)2.变面积式自感传感器1）传感器的气隙长度l保持不变2）气隙

4、磁通截面积S随被测非电量而变变面积式自感传感器输入－输出特性变面积式特点：（1）线性度忽略气隙磁通边缘效应条件下，输出特性呈线性，可得到较大的线性范围。（2）灵敏度与变气隙式相比，灵敏度较低。传感器的灵敏度3、螺管式自感传感器螺管式自感传感器灵敏度较低主磁通近似不变，灵敏度为：4.差动式电感传感器（图3-7）(a)结构原理图；(b)电路接线图差动连接时，气隙相对变化量的偶次项被消除非线性得到改善且灵敏度提高一倍。（3－41）3.2.2测量电路一、LR电路分析1、纯电感元件的电压rLAC电感线圈的电压与电流

5、正交，电感不消耗功率纯电感的阻抗2、有导线电阻r时，电感的阻抗3、电感线圈的品质因数rjLZ二、电桥电路－输出端对称电桥1、两线圈阻抗：其中两线圈初始电阻相等另外两个桥臂为纯电阻桥臂：Z3＝Z4＝R2、输出电压：3.2.3自感式传感器的误差及改善措施输出特性的非线性采用差动结构改善2.零位误差：当衔铁位于中间位置时，实际输出电压不为零，出现零点残余电压。采用补偿电路消除零位误差。3。激励电源的影响提高激励电源的频率应用举例1.变磁阻式传感器的应用变隙电感式压力传感器结构图2.变磁阻式传感器的应用变隙

6、式差动电感压力传感器3.变磁阻式传感器的应用钢厂粉尘料仓－－自感式料位数字传感器1.结构工作原理粉尘未到达线圈时的电感L1＝W2/Rm1粉尘未到达线圈时的电感L2＝W2/Rm2空气隙磁阻Rm1>>铁磁粉尘磁阻Rm2,即：料位到达前自感L1<<料位到达后自感L2根据电路理论有：di/dt=v/L通过采集自感电流的变化幅度陡变这一开关量，从而判断物料的位置；特点1.单线圈气隙式自感传感器线性度不好，在实际工程中是不能应用的；在这里，通过自感电流的变化幅度陡变这一特点采集其开关量，从而判断物料的位置；2.在一根

7、连接杆上可以安装数个单线圈，来达到数字式报警料位的目的，性能稳定可靠．使用经验：在实验中发现在料位到达和未到达自感传感器时，其自感电流相差5倍之多．应用单片机控制单线圈在料位到达时断电，卸料后恢复通电，既去除铁芯磁性，又可避免单线圈发热．在设计中选用高性能漆包线，对自感线圈进行散热设计，所以，线圈在1000C高温环境下仍能正常工作，因而自感式料位数字传感器可正常工作于环境较恶劣的工况．4.高速磁悬浮列车测速定位系统由于磁悬浮轨道上有强大的电磁场，只有电感式和电涡流式的传感器比较适用平面线圈结构的电感式传感

8、器自感电感式传感器线圈的电感为：方形平面线圈结构，与齿／槽同宽列车运行时，悬浮气隙基本保持在＝10mm左右探头线圈移动时，与定子齿面(或槽面)的相对面积发生变化，构成变面积式自感传感器电感改变量△L与磁路截面积的改变量△s为线性关系差动连接的传感器探头线圈当一个线圈位于齿面上方电感量为最大值时，另一个线圈则位于槽面上方电感量为最小值传感器的输出波形列车行驶时，传感器输出的正弦信号的周期随运行速度的变化而变化列车“静止一运行一