传感器123章变磁阻式参考幻灯片

1、1,传感器技术及应用机械06机电方向,20082009第二学期 2009年2月,2,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,3,变磁阻（电感）式传感器工作原理,Rm,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,4,3.1 传感器线圈的电器参数分析,一、结构原理图 组成：线圈1、铁芯2和衔铁3 ：铁芯、衔铁之间空气隙 二、工作原理,以具有可变气隙的铁心线圈为例,5,1、铁心线圈的电感量L,式中：W为线

2、圈的匝数, Rm为磁路中的总磁阻 对于单一材料导磁体，磁阻Rm,l 为磁路长度，S为磁路截面积，为材料的磁导率,6,2、磁路的总磁阻Rm,1）、当铁心线圈为闭合磁路： RmRF RF导体总磁阻 2）、当铁心线圈具有小气隙： RmR1R2R R R1铁心2磁阻、 R2衔铁3磁阻、 R气隙的磁阻，远大于R1 、R2 即：Rm R,7,3.2 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： 差动式,8,1. 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

3、 是气隙总长 l 的单值函数,9,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,10,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. 10.5 mm =(1/51/10),11,2. 变面积式自感传感器,1）传感器的气隙长度l 保持不变 2）气隙磁通截面积S随被测非电量而变,12,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

4、的灵敏度,13,3. 差动式电感传感器（图3-7,a) 结构原理图； (b) 电路接线图,14,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,341,15,3.2.2 测量电路,电桥电路输出端对称电桥,16,两线圈阻抗,其中两线圈初始电阻相等,另外两个桥臂为纯电阻桥臂：Z3Z4R,输出电压,17,3.2.3 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,18,应用举例1.变磁阻式传感器的应用,变隙电感

5、式压力传感器结构图,19,2.变磁阻式传感器的应用,变隙式差动电感压力传感器,20,3.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,21,工作原理,粉尘未到达线圈时的电感L1W2/Rm1 粉尘未到达线圈时的电感L2W2/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,22,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

6、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,23,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,24,4.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,25,平面线圈结构的电感式传感器,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 10 mm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,26,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,27,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“静止一运行一停车”运行过程中的输出波形,28,5.交通管理中的地感线圈应用,实际上在路口的摄像头拍照驾驶