变磁阻式传感器

自动检测技术李莉平7号楼306670067第三章变磁阻（电感）式传感器教学要求

1、掌握电感式传感器的工作原理和结构方面的知识

；

2、熟悉电感式传感器的测量电路；

3、了解电感式传感器的用途。

F220V380V实验演示变压器交流接触器线圈交流毫安表问题一：什么是电感式传感器？问题二：何为自感

？问题三：何为互感？是利用线圈电感或互感的改变来实现非电量电测的传感器。线圈自身电流发生变化时，线圈会产生感应电动势的现象。

两个距离相近的线圈，其中一个线圈电流发生变化时会导致另一个线圈产生感应电动势的现象。电感式传感器的分类涡流式电感式传感器自感型差分式互感型电磁感应

被测非电量自感系数L互感系数M测量电路U、I、f

1.工作原理及结构自感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感系数的变化，从而使得线圈电感量发生改变这一物理现象来实现信号测量的。按自感系数的变化方式可分为三种：变隙式、变面积式和螺线管式。变导磁面积型变气隙型螺旋管型§3.1自感式传感器电感量变化导致输出电流发生变化。电感与输出电流的关系式为：该式使用于变隙式、变面积式电感量的计算对螺线管式：如果A保持不变，则L为δ的单值函数，构成变气隙式自感传感器。若保持δ不变，使A随被测量（如位移）变化，则构成变截面式自感传感器。若保持δ、A不变，进入线圈衔铁长度la发生变化，则构成螺旋管式自感传感器。测量线位移测量角位移测量线位移L三种结构线圈的输出电流分别与那一个参量（δ、A、la）成立什么样的关系（线性还是非线性）？思考题δ，A，la自感传感器电感输出特性曲线L=f(δ)L=f(la)L=f(A)三种结构线圈的电感输出特性曲线分别对应哪一条？2.差分式电感传感器

两个相同的传感线圈共用一个衔铁，构成差动式自感传感器，两个线圈的电气参数和几何尺寸要求完全相同。

图3差分式自感传感器1-线圈2-铁芯3-衔铁4-导杆（a）变气隙型432131412344（b）变面积型

（c）螺管型3.差分式与单线圈电感式传感器相比，具有下列优点：线性好；灵敏度提高一倍，即衔铁位移相同时，输出信号大一倍；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；电磁吸力对测力变化的影响也由于能相互抵消而减小。4.测量电路电感式传感器的测量电路主要是使用交流电桥，是将电感的变化量转换成电桥电路的电压或电流输出。由于差分式结构可以提高灵敏度及改善线性，故多采用双臂电桥电路，即有两个工作臂。电桥的平衡臂则既可以是纯电阻也可是变压器的二次绕组或紧藕合电感线圈。R1LLR2RR+_Z1Z2电阻平衡电桥输出电压与电感变化相对量成正比差动的两个传感器线圈接成电桥的两个工作臂（Z1、Z2为两个差动传感器线圈的复阻抗），另两个桥臂用平衡电阻R1、R2代替。衔铁下移时：衔铁上移时：Z1Z2+_+_+—变压器式电桥当衔铁向上、向下移动相同的距离时，二次绕组线圈产生的输出电压大小相等，但极性相反。由于是交流信号配合相敏检波电路方可判别位移的大小和方向。变压器电桥与电阻平衡臂电桥相比，具有元件少，输出阻抗小，桥路开路时电路呈线性的优点，但因为变压器副边不接地，易引起来自原边的静电感应电压，使高增益放大器不能工作。采用这种测量电路可以消除与电感臂并联的分布电容对输出信号的影响，使电桥平衡稳定，另外简化了接地和屏蔽的问题。LLZ1Z2+__+紧藕合电感比例臂电桥变隙式压力传感器变隙差分式压力传感器1—标准靠模样板2—测端（靠模轮）3—电感测微器4—铣刀龙门框架5—立柱6—伺服电动机7—铣刀8—毛坯

仿形机床日常生活中哪项活动需用到这种设备？思考题配钥匙仿形铣床仿形头主轴不圆度计电感式不圆度测量系统外形旋转盘测量头互感式传感器是利用互感现象将来测量被测量。有两类：差分变压器式传感器（简称差动变压器）和电涡流式传感器。§3.2互感式传感器1.差分变压器式传感器

（1）结构原理电源中用到的“单相变压器”有一个一次线圈（又称为初级线圈），有若干个二次线圈（又称次级线圈）。当一次线圈加上交流激磁电压Ui后，将在二次线圈中产生感应电压UO。在全波整流电路中，两个二次线圈串联，总电压等于两个二次线圈的电压之和。差分变压器式传感器是根据差分变压器的原理制成的，是把被测位移量转换为一次线圈与二次线圈间的互感量M的变化的装置。当一次线圈接入激励电源之后，二次线圈就将产生感应电动势，当两者间的互感量变化时，感应电动势也相应变化。由于两个二次线圈采用差动接法（反串），故称为差动变压器。输出电压是其两个反串线圈的电压之差。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。（2）测量电路差分变压器式传感器的输出电压不可直接使用电压表来测量。不可仅采用电桥电路和普通的检波电路。目前常采用相敏检波电路、差分整流电路、直流差分变压器电路。输入电压和差分变压器二次输出输入电压和差分变压器二次输出，要用放大器。

结构简单，无须比较电压绕组，不受相位、零位输出电压、感应、分布电容的影响，可远距离输送信号。

所用电源是直流电源（干电池或蓄电池等）；可输出多种波形的信号，常用于远距离输送。2.电涡流式传感器实验演示2.电涡流式传感器（1）结构原理涡流效应：若一金属板置于一只线圈的附近，它们之间相互的间距为δ，当线圈输入一交变电流i时，便产生交变磁通量Φ，金属板在此交变磁场中会产生感应电流i1，i1在金属体内是闭合的，所以称之为电涡流或涡流。把被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环中的电流，短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R1、电感为L1。这样线圈与被测导体便可等效为两个相互耦合的线圈。线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距x的减小而增大。MRL1LR1电涡流传感器等效电路涡流式传感器是利用金属导体在交流磁场中的电涡流效应。当线圈与金属板的距离x减小时，互感M增大，线圈的电感L减小，电阻R增大，但感抗XL

的变化比R的变化大得多，流过等效线圈的电流i1

增大。电涡流在我们日常生活中应用—电磁炉电流通过励磁线圈，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。（2）测量电路电桥电路：传感线圈、电容、电阻组成电桥四臂；传感器线圈的阻抗发生变化，电桥失去平衡，输出电压。谐振电路：由电感和电容构成，输出信号可为调制波、调幅波、调谐波（须鉴频才可获得被测电压）。（3）应用高频反射式电涡流传感器（位移测量）低频透射式电涡流传感器（厚度测量）生产计件金属探测高频(>lMHz)激励电流产生的高频磁场作用于金属板的表面，在金属板表面将形成涡电流。与此同时，该涡流产生的交变磁场又反作用于线圈，引起线圈自感L或阻抗ZL的变化。若只改变距离δ而保持其它参数不变，则可将位移的变化转换为线圈自感的变化，通过测量电路转换为电压输出。高频反射式涡流传感器多用于线位移。1234561线圈2框架3衬套4支架5电缆6插头高频反射式涡流传感器低频透射式电涡流传感器当低频(音频范围)电压u1加到线圈L1的两