第三章 变磁阻式传感器（课件）- 《传感器与检测技术（第2版）》同步教学（高教版）

学习目标： 掌握三种变磁阻式传感器（电感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流式传感器）的基本结构和工作原理；了解上述传感器将非电量信号转换成电信号的过程；了解三种变磁阻式传感器各自特点、应用范围和应用情况。 第三章 变磁阻式传感器 传感器与检测技术 第三章 变磁阻式传感器 变磁阻式传感器是一种机电转换装置，它可以对直线位移和角位移进行直接测量，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。 变磁阻式传感器与其他传感器相比较有如下几个特点： 1．结构简单，工作中没有活动电接触点，因而，工作可靠，寿命长； 2．灵敏度高分辨率大，能测出0.01μm甚至更小的机械位移变化，能感受小至0.1rad/s微小角度变化。 3. 频率响应差，并存在交流零位信号，不宜于高频动态测量等，——主要缺点。 传感器与检测技术 第三章 变磁阻式传感器 第一节 自感式传感器 电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现信号测量的。根据其转换原理，可分为自感式和互感式两大类。 一、自感式电感传感器工作原理 自感式电感传感器可分为变间隙型、变面积型和螺管型三种类型。 传感器与检测技术 第三章 变磁阻式传感器 （一）变间隙型电感传感器 变间隙型自感式电感传感器的结构如图3-1所示。 图3-1 变间隙型自感式传感器 l-线圈，2-铁心，3-可动衔铁 传感器与检测技术 第三章 变磁阻式传感器 线圈的电感量可用公式L= N2／Rm计算。式中，N为线圈匝数；Rm为磁路总磁阻。对于变间隙型电感式传感器，如果忽略磁路铁损，则磁路总磁阻为： （3-1） 式中：L1 —磁通通过铁心的长度； L2 —磁通通过衔铁的长度； S1—铁心的截面积； S2—衔铁的截面积； S0—气隙的截面积； μ1 —铁心磁导率； μ2 —衔铁磁导率； μ0 —空气磁导率； δ—气隙长度。 传感器与检测技术 第三章 变磁阻式传感器 一般情况下，导磁体的磁阻与空气隙磁阻相比是很小的，可忽略，因此线圈的电感值可近似地表示为： （3-2） （二）变面积型电感式传感器 由图可以看出线圈的电感量也为： 图3-2 变面积型电感式传感器 1-线圈，2-铁心，3-可动衔铁 传感器与检测技术 第三章 变磁阻式传感器 （三）螺管型电感式传感器 （3-3） 式中：L—线圈的电感量； l—线圈长度； la—衔铁进入线圈的长度； r—线圈的平均半径； ra—衔铁的半径； N—线圈的匝数； μm—铁心的有效磁导率。 图3-3 螺管型电感式传感器 1-线圈，2-衔铁 线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度有关。根据物理计算，线圈的电感量L与衔铁进入线圈的长度la的关系可表示为： 传感器与检测技术 第三章 变磁阻式传感器 通过以上三种形式的电感式传感器的分析，可以得出以下几点结论： ①变间隙型灵敏度较高，但非线性误差较大，且制作装配比较困难； ②变面积型灵敏度比变间隙型灵敏度小，