传感器123章变磁阻式

传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 传感器技术及应用 机械 06机电方向 2008 2009第二学期 2009年 2月 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 第 3章 变磁阻式传感器 1 本课内容： 工作原理 传感器线圈的电器参数分析 自感式传感器 类型、结构、应用 变磁阻式传感器 电感式传感器 1、自感式 2、互感式 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 变磁阻（电感）式传感器工作原理 被测量 Rm L 输出电 量： 电压 V 电流 A 频率 f 变磁阻式 传感器 测量电路 应用： 常用来检测位移、振动、力、应变、 流量、比重等物理量。 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 3.1 传感器线圈的电器参数分析 一 、 结构原理图 组成：线圈 1、 铁 芯 2和衔铁 3 ：铁芯 、 衔铁之 间空气隙 二 、 工作原理 : A U I 1 2 3 Rm L 被测量 衔铁位移 以具有可变气隙的铁心线圈为例 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 1、铁心线圈的电感量 L 式中： W为线圈的匝数 , Rm为磁路 中的总磁阻 对于单一材料导磁体，磁阻 Rm )13( 2 mR WL S lR m l 为磁路长度， S为磁路截面积， 为 材料的磁导率 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 2、磁路的总磁阻 Rm 1）、当铁心线圈为闭合磁路： Rm RF RF 导体总磁阻 2）、当铁心线圈具有小气隙： Rm R1 R2 R R R1 铁心 2磁阻 、 R2 衔铁 3磁阻 、 R 气隙的 磁阻，远大于 R1 、 R2 即： Rm R A U I 1 2 3 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 3.2 自感式传感器 3.2.1 常用的自感式传感器工作原理 按几何参数变化形式： 变气隙式、 变面积式、 螺管式 按组成方式： 差动式 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 1. 变气隙式 自感传感器 工作原理： 1) 保持铁心、衔铁材料、 结构、线圈匝数不变， 2) 保持气隙磁通面积 S 不便， 则电感 L 是气隙总 长 l 的单值函数 l SW R W R WL m 0 222 A U I 1 2 3 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 变隙式自感式传感器输入输出特性为非线性 衔铁与铁心间的气隙长度 气隙变化量，即测量范围 l 气隙总长 l =2 传感器的灵敏度 ： 2 0 2 l SW l L dldLK 0 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 灵敏度 K0与气隙 成反比 变隙式自感式传感器适于测 量微小的位移量 为保证一定的测量范围和 线性度取： 0. 1 0.5 mm =(1/51/10) l LK 0灵敏度 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 2. 变面积式自感传感器 1）传感器的气隙长度 l 保持不变 2）气隙磁通截面积 S随被测非电量而变 l SW R WL m 0 22 S l W 102 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 变面积式自感传感器输入输出特性 变面积式特点： （ 1）线性度 忽略气隙磁通边缘效应条件下，输出 特性呈线性，可得到较大的线性范 围。 （ 2）灵敏度 与变气隙式相比，灵敏度较低。 SlWL 102 SK 传感器的灵敏度 KdSdLK s 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 3. 差动式电感传感器（图 3-7） (a) 结构原理图； (b) 电路接线图 R R 1 2 ( a ) Z 1 Z 1 Z 4 R Z 3 R ( b ) U sr . U sc . U sr . U sc . 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 差动连接时，气隙相对变化量的偶次项被消除 非线性得到改善 且灵敏度提高一倍。 )/(1 1221 lll dl L dLdL r . . . . . )/(1 1 )/(1 11 42 lll dl lll dl rr （ 3 41） 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 3.2.2 测量电路 电桥电路输出端对称电桥 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 两线圈阻抗： 其中两线圈初始电阻相等 111 LjrZ 222 LjrZ 02010 rrr 另外两个桥臂为纯电阻桥臂： Z3 Z4 R 输出电压： Z ZEU 2 002 Ljr LjrE 002 Ljr LjE )(111 12 00 2 0 2 2 0 2 r r L L Q Qj L L Q Q r r Q E 0 2 L LE 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 3.2.3 自感式传感器的误差及改善措施 1.输出特性的非线性 采用差动结构改善 2. 零位误差： 当衔铁位于中间位置时，实 际输出电压不为零，出现零点残余电压。 采用补偿电路消除零位误差。 3。激励电源的影响 )(111 12 00 2 0 2 2 0 2 r r L L Q Qj L L Q Q r r Q EU 0 0 r LQ 提高激励电源的频率 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 应用举例 1. 变隙电感式压力传感器结构图 线圈 铁芯 衔铁 膜盒 P U A 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 2.变磁阻式传感器的应用 变隙式差动电感压力传感器 线圈 1 C 形 弹 簧 管 调 机 械 零 点 螺 钉 线圈 2 衔铁 输出 P 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 3.变磁阻式传感器的应用 钢厂粉尘料仓自感式料位数字传感器 1.结构 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 工作原理 粉尘未到达线圈时的电感 L1 W2/Rm1 粉尘未到达线圈时的电感 L2 W2/Rm2 空气隙磁阻 Rm1铁磁粉尘磁阻 Rm2 , 即：料位到达前自感 L1料位到达后自 感 L2 根据电路理论有： di/dt=v/L 通过采集自感电流的变化幅度陡变这一 开关量，从而判断物料的位置； 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 特点 1. 单线圈气隙式自感传感器线性度 不好，在实际工程中是不能应用的； 在这里，通过自感电流的变化幅度 陡变这一特点采集其开关量，从而 判断物料的位置； 2. 在一根连接杆上可以安装数个单 线圈，来达到数字式报警料位的目 的，性能稳定可靠 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 使用经验： 在实验中发现在料位到达和未到达自感 传感器时，其自感电流相差 5倍之多 应用单片机控制单线圈在料位到达时断 电，卸料后恢复通电，既去除铁芯磁 性，又可避免单线圈发热 在设计中选用高性能漆包线，对自感线 圈进行散热设计，所以，线圈在 1000C 高温环境下仍能正常工作，因而自感 式料位数字传感器可正常工作于环境 较恶劣的工况 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 4.高速磁悬浮列车测速定位系统 由于磁悬浮轨道上有强大的电磁场， 只有电感式和电涡流式的传感器比 较适用 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 平面线圈结构的电感式传感器 自感电感式传感器线 圈的电感为： 方形平面线圈结构 ， 与齿槽同宽 2 0 2 SW L 列车运行时，悬浮 气隙基本保持在 10 mm左右 探头线圈移动时， 与定子齿面 (或槽面 ) 的相对面积发生变 化，构成变面积式 自感传感器 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 电感改变量 L与磁路截面积的改 变量 s为线性关系 差动连接的传感器探头线圈 SWL 2 0 2当一个线圈位于齿面 上方电感量为最大值 时，另一个线圈则位 于槽面上方电感量为 最小值 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 传感器的输出波形 列车行驶时，传感器输出的正弦信号 的周期随运行速度的变化而变化 列车 “ 静止一运行一停车 ” 运行过程 中的输出波形 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 5.交通管理中的地感线圈应用 实际上在路口的摄像头拍照驾驶 员闯红灯可以通过许多种技术实 现，在采用感应线圈触发拍照时， 在道路施工时，在路面下埋有感 应线圈，当有车闯红灯时，感应 线圈启动电子快门拍照。 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 超速照相 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 电子警察系统 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 传感器技术及应用 第 3章 变磁阻式 线圈的电器参数分析 铁心线圈的电感量 L 磁路总磁阻 自感式传感器 工作原理 变气隙式 变面积式 差动式电感传感器 测量电路 自感式传感器的误差 应用： 压力传感器 料位数字传感器 磁悬浮列车测速定位 地感线圈 End