传感技术复习笔记(4)——变磁阻式传感器
1 工作原理
- 变磁阻式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、重量、振动等转换成传感器线圈电感(自感量或互感量)的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出的装置。(电感式传感器)
2 自感式传感器
2.1 工作原理
- 自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心线圈。
- 按磁路几何参数变化形式的不同,目前常用的自感式传感器有变气隙式、变面积式与螺管式三种;按磁路的结构型式又有Π型、E型或罐型等等;按组成方式分,有单一式与差动式两种。
2.2 交流电桥式测量电路
- 可见,电桥输出电压与Δδ有关,相位与衔铁移动方向有关。
- 由于是交流信号,还要经过适当电路处理才能判别衔铁位移的大小及方向。
2.3 变压器式交流电桥
- 变压器式交流电桥测量电路如图所示,电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗,另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/2 阻抗。
- 当衔铁向上、向下移动相同的距离时,产生的输出电压大小相等,但极性相反。由于是交流信号,要判断衔铁位移的大小及方向同样需要经过相敏检波电路的处理。
- 变压器电桥使用元件少,输出阻抗小,电桥开路时电路呈线性,因此应用较广
3 互感式传感器
- 互感式传感器是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器。其原理类似于变压器。不同的是:后者为闭合磁路,前者为开磁路;后者初、次级间的互感为常数,前者初、次级间的互感随衔铁移动而变,且两个次级绕组按差动方式工作,因此又称为差动变压器。、
3.1 螺线管式
- 原理:当初级线圈加上某一频率的正弦交流电压后,次级线圈产生感应电压e21,e22,它们的大小与铁芯在线圈内的位置有关, e21和e22反极性连接就得到输出电压e2
3.2 变隙式差动变压器
- 活动衔铁向上移动时,由于磁阻的影响,W2a中磁通将大于W2b,使M1>M2,因而E2a增加,而E2b减小。反之,E2b增加,E2a减小。因为U2=E2a-E2b,所以U2也必将随x变化。
3.3 变面积式(如微动同步器)
- 差动式变压器也可做成改变导磁面积的变面积式,但用于测量直线的极少,常用来测量角位移。
4 电涡流式传感器
- 电涡流式传感器是利用电涡流效应进行工作的。由于结构简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油污等介质的影响,并能进行非接触测量,适用范围广,它一问世就受到各国的重视。目前,这种传感器已广泛用来测量位移、振动、厚度、转速、温度、硬度等参数,以及用于无损探伤领域。
- 电涡流效应
由法拉第电磁感应原理可知:一个块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时,导体内部会产生一圈圈闭和的电流,这种电流叫电涡流,这种现象叫做电涡流效应。
4.1 工作原理
- 由传感器线圈和被测导体组成“线圈——导体系统”。
- 线圈置于金属导体附近:
- 线圈中通以交变电流 i1
- i1产生正弦交变磁场 H1
- 金属导体内就会产生涡流i2
- 涡流i2产生反向电磁场H2
- 反作用于线圈 ,导致线圈的电感 、阻抗和品质因数变化
4.2 分类
- 高频反射式电涡流传感器
- 低频透射式电涡流传感器
测量金属材料厚度