《智能传感器与智能仪表》课件-4.5 变磁阻式传感器的基本原理及分类

变磁阻式传感器的基本原理及分类基础原理打造核心部件项目四

位移传感器和物位传感器电气工程学院主讲人：江奕目录CONTENTS变磁阻式传感器的基本原理Smartsensorsandsmartmeters01变磁阻式传感器的分类Smartsensorsandsmartmeters02知识导入变磁阻式传感器|工业“感知神经”|默默支撑高端制造的精准运行精密机床的微小位移检测航天设备的力值监控变磁阻式传感器的基本原理变磁阻式传感器（自感）的结构δ线圈铁芯衔铁Δδ电感式传感器

|利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感的改变这一物理现象自感式互感式01工作时可动衔铁与被测物体连接，被测物体的位移通过可动衔铁的上、下移动，将引起空气气隙的长度发生变化02即气隙磁阻发生相应的变化，从而导致线圈电感量发生变化03实际检测时，正是利用这一变化来判定被测物体的移动量及运动方向的变磁阻式传感器的基本原理

线圈匝数总磁阻1/H

磁通通过铁芯的长度磁导率H/mδ线圈铁芯衔铁Δδ

变磁阻式传感器的电感量与空气间隙、和磁导率之参数有关变磁阻式传感器的基本原理自感式电感传感器常见的形式

（a）气隙型（b）截面型（c）螺管型变磁阻式传感器的基本原理变气隙厚度的自感式传感器δ线圈铁芯衔铁Δδ衔铁上移Δ

，δ＝δ0－Δδ衔铁下移Δδ，δ＝δ0＋Δδ

变磁阻式传感器的基本原理变气隙厚度的自感式传感器变气隙型的输出特性是非线性的为获得较好的线性关系，须限制测量范围使衔铁位移在较小范围内变化（∆δ<<δ0）一般取∆δ=（0.1～0.2）δ0

初始点为获得较高灵敏度，气隙的初始值δ0不宜过大适用于微小位移的测量，测量范围0.001～1mm变磁阻式传感器的基本原理变气隙型差动自感式传感器的工作原理衔铁右移忽略高次项：

变磁阻式传感器的基本原理式中不存在偶次项，差动式自感传感器的非线性误差在±

工作范围内比单个自感传感器的小得多变磁阻式传感器的基本原理差动式与单线圈电感式传感器相比，有下列优点：线性度好01）温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，由于能互相抵消而减小03）灵敏度提高一倍02）电磁力对测力变化的影响也由于相互抵消而减小04）变磁阻式传感器的基本原理变面积的自感式传感器传感器气隙长度保持不变

|令磁通截面积随被测非电量而变，设铁芯材料和衔铁材料的磁导率相同，则此变面积自感传感器自感L为：衔铁上下移动，导致衔铁与铁心的有效投影面积和电感的改变

灵敏度

变磁阻式传感器的基本原理输出特性为线性，因此测量范围大，但代价是灵敏度相对较低01想提升灵敏度，要在机械设计层面控制参数，不要使气隙δ过大02

变磁阻式传感器的基本原理螺线管型的自感式传感器单线圈结构螺线管型自感式传感器是具有多重卷绕的导线，卷绕内部可以是空心的，或者有一个磁芯；螺线管当电流通过线圈时，线圈中部区域形成较均匀磁场；电流通过导线螺线管电感传感器的主要元器件是一只螺线管和一根可移动的圆柱形衔铁作为传感器将引起螺线管内部的磁阻的减小，电感随插入的深度而增大衔铁插入绕组后变磁阻式传感器的基本原理螺线管型自感传感器的线性区当衔铁工作在螺线管接近中部位置时，可认为绕组内磁场强度是均匀的此时绕组的电感量L与衔铁插入深度成正比对于长螺线管（l>>r）螺线管式电感传感器的线性区约为螺线管长度的1/10测杆应选用非导磁材料，电导率也应尽量小，以免增加铁磁损耗和电涡流损耗螺线管越长，线性区越大例题采用螺线管电感传感器测量直径为100mm的工件是否合格，被测工件的最大允许误差为±1.5mm。解：求：应选长度大于多少毫米的螺线管？则螺线管长度为：ΔD=2×1.5mm=3mml>3mm×10倍=30mm（不包括外壳）课程小结以“磁阻-电感”变化为基础|衍生出三类产品|差动结构优化性能在科技自立自强的道路上，正是这些基础部件的技术突破，为大国重器筑牢了根基科技自强传感器的设计过程，体现了“从物理原理到工程应用”的转化智慧彰显了我国工程师“啃硬骨头”的创新精神创新精神课后思考如果让你设计一款用于高铁轮对磨损检测的传