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变磁阻式传感器的种类和工作原理

2017-12-14 13:37:30 8561

0 变磁阻式传感器是利用线圈电感或互感的改变来实现非电量电测的传感器。一、变磁阻式传感器的种类和工作原理１．电感式传感器由电工原理，线圈的电感值Ｌ可按下式计算：在一般情况下，磁路是由空隙、铁芯和衔铁构成，如图４．６所示，只要改变磁路中气隙的大小就能改变磁路的总磁阻，也就改变了电感Ｌ。因此测定电感Ｌ的变换，就能精确测定气隙的长度或衔铁的位量。对于如图４．６所示最简单的电感式传感器，磁路磁阻为Ｒｍ＝ＲＦ＋Ｒδ (4.15) 式中ＲＦ——— 铁芯与衔铁磁阻；Ｒδ——— 空气隙磁阻。由于电感传感器用的导磁材料一般都工作在非饱和状态下，其导磁率μ远大于空气的导磁率μ０，故ＲＦ Ｒδ，所以一般常将铁芯磁阻ＲＦ忽略不计。Ｒδ 可由下式求出从式（４．１７）可以看出，线圈匝数Ｎ确定后，只要气隙长度δ和气隙截面二者之一发生变化，电感传感器的电感量均会随之变化。前者可用于测量线位移，后者可用于测量角位移。从式（４．１７）可以很清楚地看出，电感Ｌ和气隙长度δ是非线性的。因此，当测量位移时，为了得到较好的线性特性，必须把衔铁的工作位移限制在较小的范围内，一般取 Δδ ＝（０．１～０．２）δ。为了减小非线性，增加线性区域，常将两只完全对称的简单电感传感器合用一个活动衔铁构成差动式电感传感器，如图４．７所示。传感器的两只电感线圈接成交流电桥相邻的两臂，另外两个桥臂由电阻组成。２．差动变压器式传感器差动变压器式传感器，简称差动变压器，图４．８为其原理图。它的结构与前述差动电感传感器完全一样，也是由铁芯、衔铁和线圈三个主要部分组成，其不同仅在于：差动变压器上下两只铁芯均有一个初级线圈（Ｎ１１和Ｎ１２）和一个次级线圈（Ｎ２１和Ｎ２２），衔铁置于两铁芯中间。上下两只初级线圈串联后接交流激磁电压ｕｓｒ，两只次级线圈接成差动形式，可动衔铁和待测物相连，可动衔铁的位移利用线圈的互感作用转换成感应电动势的变化，从而得到待测位移。由于互感，初级线圈的交流电在两个次级线圈分别产生感应电动势ｅ２１和ｅ２２，又因接成差动形式，即两个感应电动势反向串联，则输出电压ｕｓｃ＝ｅ２１－ｅ２２设两个次级线圈完全相同，当衔铁处在中间位置时，线圈Ｎ１１和Ｎ１２所产生的交变磁通在线圈Ｎ１１和Ｎ１２中产生交流感应电压。由于两边气隙相等，磁阻相等，互感相等，因此感应电动势ｅ２１＝ｅ２２，此时输出电压ｕｓｃ＝ｅ２１－ｅ２２＝０。当衔铁偏离中间位置时，两边气隙不等，初次级两线圈之间的互感Ｍ发生变化，次级线圈中感应电势不再相等，即ｅ２１ ≠ｅ２２，便有电压ｕｓｃ输出，ｕｓｃ的大小和符号反映了衔铁位移的大小和方向。这就是差动变压器的基本工作原理。差动变压器有多种结构形式。图４．８所示为Π形结构，衔铁为平板形，灵敏度较高，但测量范围较窄，一般用于测量几微米到几百微米的机械位移。此外，还有衔铁为圆柱形的螺管形差动变压器，可测１ｍｍ至上百毫米的位移。３．电涡流式传感器电涡流式传感器的工作原理可以用图４．９来说明。在图４．９中，一块金属被测导体放置在一个扁平线圈邻近，但互不接触。当线圈中通以高频正弦交流电流时，线圈周围空间就产生交变磁场Ｈ１，图４．９中箭头表示线圈中电流的正方向与磁场Ｈ１的正方向。交变磁场Ｈ１通过邻近金属导体，就会在导体上产生电涡流，而此电涡流也将产生一个新的交变磁场Ｈ２，且Ｈ２的方向与Ｈ１的方向相反，力图削弱原磁场Ｈ１。当Ｈ１为规定正方向（向下）时，Ｈ２为负方向（向上）。由于磁场Ｈ２的反作用使通电线圈中电流大小和相位都发生变化，也就使线圈的有效阻抗变化。线圈阻抗的变化与金属导体的电导率（１／ρ）、磁导率（μ）、几何尺寸（ｒ）、激磁电流（Ｉ）、角频率（ω）以及线圈到金属导体的距离（ｘ）等有关。如果只改变其中的一个参数，则阻抗的相应变化就是这个参数的单值函数。常用的电涡流测距传感器，保持１／ρ，μ，ｒ，Ｉ，ω 不变，使阻抗Ｚ仅是距离ｘ的单值函数。因此，电涡流传感器是通过测定线圈阻抗的变化来测定涡流载体的购线网 gooxian.com专业定制各类测试线（同轴线、香蕉头测试线，低噪线等） 0
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