變磁阻式傳感器

自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)李莉平7號(hào)樓306670067第三章變磁阻（電感）式傳感器教學(xué)要求

1、掌握電感式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)

；

2、熟悉電感式傳感器的測(cè)量電路；

3、了解電感式傳感器的用途。

F220V380V實(shí)驗(yàn)演示變壓器交流接觸器線圈交流毫安表問(wèn)題一：什么是電感式傳感器？問(wèn)題二：何為自感

？問(wèn)題三：何為互感？是利用線圈電感或互感的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的傳感器。線圈自身電流發(fā)生變化時(shí)，線圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。

兩個(gè)距離相近的線圈，其中一個(gè)線圈電流發(fā)生變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。電感式傳感器的分類渦流式電感式傳感器自感型差分式互感型電磁感應(yīng)

被測(cè)非電量自感系數(shù)L互感系數(shù)M測(cè)量電路U、I、f

1.工作原理及結(jié)構(gòu)自感式傳感器是利用被測(cè)量的變化引起線圈自感系數(shù)的變化，從而使得線圈電感量發(fā)生改變這一物理現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)測(cè)量的。按自感系數(shù)的變化方式可分為三種：變隙式、變面積式和螺線管式。變導(dǎo)磁面積型變氣隙型螺旋管型§3.1自感式傳感器電感量變化導(dǎo)致輸出電流發(fā)生變化。電感與輸出電流的關(guān)系式為：該式使用于變隙式、變面積式電感量的計(jì)算對(duì)螺線管式：如果A保持不變，則L為δ的單值函數(shù)，構(gòu)成變氣隙式自感傳感器。若保持δ不變，使A隨被測(cè)量（如位移）變化，則構(gòu)成變截面式自感傳感器。若保持δ、A不變，進(jìn)入線圈銜鐵長(zhǎng)度la發(fā)生變化，則構(gòu)成螺旋管式自感傳感器。測(cè)量線位移測(cè)量角位移測(cè)量線位移L三種結(jié)構(gòu)線圈的輸出電流分別與那一個(gè)參量（δ、A、la）成立什么樣的關(guān)系（線性還是非線性）？思考題δ，A，la自感傳感器電感輸出特性曲線L=f(δ)L=f(la)L=f(A)三種結(jié)構(gòu)線圈的電感輸出特性曲線分別對(duì)應(yīng)哪一條？2.差分式電感傳感器

兩個(gè)相同的傳感線圈共用一個(gè)銜鐵，構(gòu)成差動(dòng)式自感傳感器，兩個(gè)線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸要求完全相同。

圖3差分式自感傳感器1-線圈2-鐵芯3-銜鐵4-導(dǎo)桿（a）變氣隙型432131412344（b）變面積型

（c）螺管型3.差分式與單線圈電感式傳感器相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)：線性好；靈敏度提高一倍，即銜鐵位移相同時(shí)，輸出信號(hào)大一倍；溫度變化、電源波動(dòng)、外界干擾等對(duì)傳感器精度的影響，由于能互相抵消而減??；電磁吸力對(duì)測(cè)力變化的影響也由于能相互抵消而減小。4.測(cè)量電路電感式傳感器的測(cè)量電路主要是使用交流電橋，是將電感的變化量轉(zhuǎn)換成電橋電路的電壓或電流輸出。由于差分式結(jié)構(gòu)可以提高靈敏度及改善線性，故多采用雙臂電橋電路，即有兩個(gè)工作臂。電橋的平衡臂則既可以是純電阻也可是變壓器的二次繞組或緊藕合電感線圈。R1LLR2RR+_Z1Z2電阻平衡電橋輸出電壓與電感變化相對(duì)量成正比差動(dòng)的兩個(gè)傳感器線圈接成電橋的兩個(gè)工作臂（Z1、Z2為兩個(gè)差動(dòng)傳感器線圈的復(fù)阻抗），另兩個(gè)橋臂用平衡電阻R1、R2代替。銜鐵下移時(shí)：銜鐵上移時(shí)：Z1Z2+_+_+—變壓器式電橋當(dāng)銜鐵向上、向下移動(dòng)相同的距離時(shí)，二次繞組線圈產(chǎn)生的輸出電壓大小相等，但極性相反。由于是交流信號(hào)配合相敏檢波電路方可判別位移的大小和方向。變壓器電橋與電阻平衡臂電橋相比，具有元件少，輸出阻抗小，橋路開(kāi)路時(shí)電路呈線性的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)樽儔浩鞲边叢唤拥?，易引起?lái)自原邊的靜電感應(yīng)電壓，使高增益放大器不能工作。采用這種測(cè)量電路可以消除與電感臂并聯(lián)的分布電容對(duì)輸出信號(hào)的影響，使電橋平衡穩(wěn)定，另外簡(jiǎn)化了接地和屏蔽的問(wèn)題。LLZ1Z2+__+緊藕合電感比例臂電橋變隙式壓力傳感器變隙差分式壓力傳感器1—標(biāo)準(zhǔn)靠模樣板2—測(cè)端（靠模輪）3—電感測(cè)微器4—銑刀龍門框架5—立柱6—伺服電動(dòng)機(jī)7—銑刀8—毛坯

仿形機(jī)床日常生活中哪項(xiàng)活動(dòng)需用到這種設(shè)備？思考題配鑰匙仿形銑床仿形頭主軸不圓度計(jì)電感式不圓度測(cè)量系統(tǒng)外形旋轉(zhuǎn)盤(pán)測(cè)量頭互感式傳感器是利用互感現(xiàn)象將來(lái)測(cè)量被測(cè)量。有兩類：差分變壓器式傳感器（簡(jiǎn)稱差動(dòng)變壓器）和電渦流式傳感器?！?.2互感式傳感器1.差分變壓器式傳感器

（1）結(jié)構(gòu)原理電源中用到的“單相變壓器”有一個(gè)一次線圈（又稱為初級(jí)線圈），有若干個(gè)二次線圈（又稱次級(jí)線圈）。當(dāng)一次線圈加上交流激磁電壓Ui后，將在二次線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓UO。在全波整流電路中，兩個(gè)二次線圈串聯(lián)，總電壓等于兩個(gè)二次線圈的電壓之和。差分變壓器式傳感器是根據(jù)差分變壓器的原理制成的，是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為一次線圈與二次線圈間的互感量M的變化的裝置。當(dāng)一次線圈接入激勵(lì)電源之后，二次線圈就將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)兩者間的互感量變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也相應(yīng)變化。由于兩個(gè)二次線圈采用差動(dòng)接法（反串），故稱為差動(dòng)變壓器。輸出電壓是其兩個(gè)反串線圈的電壓之差。目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式是螺線管式差動(dòng)變壓器。（2）測(cè)量電路差分變壓器式傳感器的輸出電壓不可直接使用電壓表來(lái)測(cè)量。不可僅采用電橋電路和普通的檢波電路。目前常采用相敏檢波電路、差分整流電路、直流差分變壓器電路。輸入電壓和差分變壓器二次輸出輸入電壓和差分變壓器二次輸出，要用放大器。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)須比較電壓繞組，不受相位、零位輸出電壓、感應(yīng)、分布電容的影響，可遠(yuǎn)距離輸送信號(hào)。

所用電源是直流電源（干電池或蓄電池等）；可輸出多種波形的信號(hào)，常用于遠(yuǎn)距離輸送。2.電渦流式傳感器實(shí)驗(yàn)演示2.電渦流式傳感器（1）結(jié)構(gòu)原理渦流效應(yīng)：若一金屬板置于一只線圈的附近，它們之間相互的間距為δ，當(dāng)線圈輸入一交變電流i時(shí)，便產(chǎn)生交變磁通量Φ，金屬板在此交變磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流i1，i1在金屬體內(nèi)是閉合的，所以稱之為電渦流或渦流。把被測(cè)導(dǎo)體上形成的電渦流等效成一個(gè)短路環(huán)中的電流，短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線圈，其電阻為R1、電感為L(zhǎng)1。這樣線圈與被測(cè)導(dǎo)體便可等效為兩個(gè)相互耦合的線圈。線圈與導(dǎo)體間存在一個(gè)互感M，它隨線圈與導(dǎo)體間距x的減小而增大。MRL1LR1電渦流傳感器等效電路渦流式傳感器是利用金屬導(dǎo)體在交流磁場(chǎng)中的電渦流效應(yīng)。當(dāng)線圈與金屬板的距離x減小時(shí)，互感M增大，線圈的電感L減小，電阻R增大，但感抗XL

的變化比R的變化大得多，流過(guò)等效線圈的電流i1

增大。電渦流在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用—電磁爐電流通過(guò)勵(lì)磁線圈，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的電渦流，使鍋底自行發(fā)熱，燒開(kāi)鍋內(nèi)的食物。（2）測(cè)量電路電橋電路：傳感線圈、電容、電阻組成電橋四臂；傳感器線圈的阻抗發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出電壓。諧振電路：由電感和電容構(gòu)成，輸出信號(hào)可為調(diào)制波、調(diào)幅波、調(diào)諧波（須鑒頻才可獲得被測(cè)電壓）。（3）應(yīng)用高頻反射式電渦流傳感器（位移測(cè)量）低頻透射式電渦流傳感器（厚度測(cè)量）生產(chǎn)計(jì)件金屬探測(cè)高頻(>lMHz)激勵(lì)電流產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)作用于金屬板的表面，在金屬板表面將形成渦電流。與此同時(shí)，該渦流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)又反作用于線圈，引起線圈自感L或阻抗ZL的變化。若只改變距離δ而保持其它參數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈自感的變化，通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出。高頻反射式渦流傳感器多用于線位移。1234561線圈2框架3襯套4支架5電纜6插頭高頻反射式渦流傳感器低頻透射式電渦流傳感器當(dāng)?shù)皖l(音頻范圍)電壓u1加到線圈L1的兩