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1、传感器技术第5讲 变磁阻式传感器,主讲教师:刘遥生联系电话:13662686339,第5课 变磁阻式传感器,内容：一、电感式传感器 二、变压器式传感器 三、电涡流式传感器,目的：1、了解变磁阻式传感器的基本工作原理； 2、掌握变磁阻式传感器的基本结构和应用技术。,什么是变磁阻式传感器 ?,利用线圈电感或互感的改变来实现非电量测量的传感器称变磁阻式传感器。,变磁阻式传感器是一种机电转换装置，在自动控制系统中应用十分广泛，是非电量测量的重要传感器之一。,与其它传感相比较有如下特点：1、结构简单，寿命长。2、灵敏度和分辩率高。能测出0.01m 的机械位移量。输出信号强。3、重复性好，线性度优良。,第
2、一节电感式传感器,内容：一、电感式传感器主要用途和结构 二、电感式传感器的简单工作原理 三、电感式传感器的基本类型四、测量电路,第一节电感式传感器,一、电感式传感器主要用途和结构,1、用途 电感式传感器主要用于测量位移、压力、力、振动和加速度。,2、结构线圈、铁芯、衔铁,第一节电感式传感器,二、工作原理,传感器运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。,根据电感定义，线圈中电感量可由下式计算： L=/式中线圈的匝数； 穿过线圈的磁通，=I/Rm Rm=2/0S0 通过线圈的
3、电流,当气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻时，可近似为:(0空气的导磁率),第一节电感式传感器,二、工作原理,上式表示，当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数，只要改变或S0均可导致电感变化，因止电感式传感器又可分为变气隙厚度的传感器和变气隙面积S0的传感器,第一节电感式传感器,三、电感式传感器的类型,第一节电感式传感器,四、测量电路,L0衔铁在中间位置时单个线圈的电感,，L两线圈电感的差量,第一节电感式传感器,四、测量电路,第二节 差动变压器式传感器,内容：一、结构及原理 二、基本特性 三、测量电路,第二节 差动变压器式传感器,一、结构及原理,1、什么叫差动变压器式传感器？ 把被测
4、的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组都用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。,2、类型,第二节 差动变压器式传感器,一、结构及原理（螺旋管式）,第二节 差动变压器式传感器,一、结构及原理（螺旋管式）,图-6 三节式,第二节 差动变压器式传感器,一、结构及原理（螺旋管式）,第二节 差动变压器式传感器,一、结构及原理（螺旋管式）,图-3 螺线管差变压器结构图,第二节 差动变压器式传感器,一、结构及原理（螺旋管式）,第二节 差动变压器式传感器,二、测量电路（螺旋管式）,直接利用测量信号只能识别移动大小，但不能识别方向,第二节
5、 差动变压器式传感器,二、测量电路（螺旋管式）,第二节 差动变压器式传感器,二、测量电路（螺旋管式）,第三节 电涡流式传感器,一、电涡流式传感器工作原理,二、结构类型,三、测量电路,第三节 电涡流式传感器,一、电涡流式传感器工作原理,1、何谓电涡流式传感器 ？,运用电涡流效应构成的某参数测量装置称电涡流式传感器。,第三节 电涡流式传感器,一、电涡流式传感器工作原理,2、什么是电涡流效应?,当线圈通一交变电流时，线圈周围就产生一个交变磁场H1。,第三节 电涡流式传感器,一、电涡流式传感器工作原理,2、什么是电涡流效应?,如果把一块导体放在变化着的磁场中或相对于磁场力时，由于导体内部可构成闭合回路
6、，穿过回路的磁通发生变化，因此在导体中也会产生感应电流，这些电流在导体内自行闭合成漩涡状，故称为电涡流，筒称涡流。该涡流产生的磁场H2与H1方向相反，力图削弱原磁场H1，从而导致线圈的电感量L、阻抗Z和品质因数Q发生变化，这就是电涡流效应。,第三节 电涡流式传感器,图15高频反式电涡流传感器原理,一、电涡流式传感器工作原理,有一通交变电流I1的传感器线圈，由于电流I1的存在，线圈周围就产生一个交变磁场H1。若被测导体置于该磁场范围内，导体内便产生电涡流I2，I2也将产生一个新磁场H2；H2与H1方向相反，力图削弱原磁场H1，从而导致线圈的电感量L、阻抗Z和品质因数Q发生变化。,第三节 电涡流式
7、传感器,图15高频反式电涡流传感器原理,一、电涡流式传感器工作原理,影响参数的变化因数：,（取决于导体的）,1几何形状,2电导率,4线圈的几何参数,5电流的频率f,6线圈到被测导体间的距离x,3磁导率,控制上述参数中的任一参数改变，余者皆不变，就能构成测量该参数的传感器。,第三节 电涡流式传感器,图15高频反式电涡流传感器原理,一、电涡流式传感器工作原理,第三节 电涡流式传感器,一、电涡流式传感器工作原理,（4-35）,（4-36）,（4-37）,第三节 电涡流式传感器,一、电涡流式传感器工作原理,由式（4-35）（4-37）可知，线圈金属导体系统的阻抗、电感和品质因数都是该系统互感系数平方的
8、函数。而互感系数L又是距离X的非线性函数，因此当构成电涡流式位移传感器时，z=f1(x)、L=f2(x)、Q=f3(x)都是非线性函数。但在一定范围内，可以将这些函数近似地用一线性函数来表示，于是在该范围内通过测量z、L或Q的变化就可以线性地获得位移的变化。,第三节 电涡流式传感器,二、电涡流式传感器的结构类型,1高频反射式,2变面积式,3螺旋式,4低频透射式,类 型（4种）,第三节 电涡流式传感器,二、电涡流式传感器的结构类型,1高频反射式,由一个扁平线圈固定在框架上构成。线圈用高强度漆包铜线或银线绕制(高温使用时可采用铼钨合金线)，用粘结剂粘在框架端部或绕制在框架槽内。,第三节 电涡流式传
9、感器,二、电涡流式传感器的结构类型,1高频反射式,分析表明，这种传感器线圈外径大时，线圈的磁场轴向分布范围大，线圈外径小时则相反 。,第三节 电涡流式传感器,二、电涡流式传感器的结构类型,1高频反射式,需要指出由于电涡流传感器是利用线圈与被测导体之间的电磁耦合进行工作的，被测导体作为“实际传感器”的一部分，其材料的物理性质、尺寸与形状都与传感器特性密切相关。因此有必要对被测体进行讨论。,1、被测导体的电导率、磁导率对传感器的灵敏度有影响。,2、被测体表面有镀层，镀层的性质和厚度不均匀也将影响测量精度。,3、被测体的大小和形状也与灵敏度密切相关。,4、对被测体厚度也有一定要求。,第三节 电涡流式
10、传感器,二、电涡流式传感器的结构类型,2变面积式,这种传感器是利用被测导体与传感器线圈之间相对覆盖面积的变化引起涡流效应的变化来测量位移的。测量的线性范围比高频反射式大，且线性度提高。,第三节 电涡流式传感器,二、电涡流式传感器的结构类型,3螺旋式,由铜(或银)制短路套筒和螺管线圈组成，短路套筒能沿螺管线圈轴向移动。这种传感器与螺管式电感传感器相似，但不存在铁损；线性范围宽，但灵敏度较低。为此，常用差动结构，且取短路套筒长为线圈长的60左右。,第三节 电涡流式传感器,二、电涡流式传感器的结构类型,4低频透射式,这种类型与前三种的主要不同在于它采用低频激励，贯穿深度大，适用测量厚度。 组成：发射
11、线圈L、接收线圈L2组成,第三节 电涡流式传感器,二、电涡流式传感器的结构类型,4低频透射式,原理：当低频激励电压U1加到L1的两端时，将在L2的两端产生感应电压U2。若两线圈之间无金属导体，L1的磁场就能直接贯穿L2，这时U2最大。当有金属板后，其产生的涡流，削弱了L1的磁场，造成U2下降。金属板越厚，涡流损耗大，U2就越小。因此可利用U2的大小来反映金属板的厚度。,发射线圈,接收线圈,第三节 电涡流式传感器,三、测量电路,针对被测变量可以转换为线圈电感L、阻抗Z或品质因数Q值的三种参数的变化，测量电路也有三种。,2、电桥电路,3、Q值测试电路。 （Q值测试电路较少采用）,1、谐振电路,第三
12、节 电涡流式传感器,三、测量电路,第三节 电涡流式传感器,三、测量电路,1、谐振电路 （1）定频调幅式,第三节 电涡流式传感器,三、测量电路,1、谐振电路 （1）定频调幅式,第三节 电涡流式传感器,三、测量电路,1、谐振电路 （2）变频调幅式,第三节 电涡流式传感器,三、测量电路,1、谐振电路 （2）变频调幅式,第三节 电涡流式传感器,三、测量电路,1、谐振电路 （3）调频式,第四节 变磁阻式传感器的应用,一、电感式传感器的应用,第四节 变磁阻式传感器的应用,二、差动变压器式传感器的应用,1测量振动和加速度,差动变压器式加速度传感器的结构示意图,第四节 变磁阻式传感器的应用,二、差动变压器式传感器的应用,2测量大型构件的应力和位移,第四节 变磁阻式传感器的应用,三、电涡流式传感器的应用,第四节 变磁阻式传感器的应用,三、电涡流式传感器的应用,2测量厚度,第四节 变磁阻式传感器的应用,三、电涡流式传感器的应用,3测量温度,在较小的温度范围内，导体的电阻率与温度的关系为：,式中 p1、p0分别为温度t1与t0时的电阻率； 为在给定温度范围内的电阻温度系数。,高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅 内 的 食 物。,第四章 变磁阻式传感器小结,完,
