1自感型电感式传感器及其应用摘要随着信息时代的到来,信息技术对社会发展、科学进步起到了决定性的作用。信息技术的基础包括信息采集、信息传输与信息处理,而信息的采集离不开传感器技术。近年来,传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。作为新型传感器的一种——变磁阻式传感器,对其深入研究也就更加愈加重要。本文磁阻式传感器的基本概念入手,着重讨论了电感式、变压器式和电涡流式三种传感器的工作原理、输出特性、测量电路及其在生活中的实际应用。旨在帮助我们利用传感器知识更好的改善生活,提高生活质量,从而促进社会进步。关键词:变磁阻式传感器;电感式;变压器式;电涡流式;原理;应用AbstractWiththeadventoftheinformationage,informationtechnologyplayedadecisiveroleonsocialdevelopment,scientificprogress.Thefoundationofinformationtechnologyincludesinformationcollection,informationtransmissionandinformationprocessing,andinformationcollectioncannotignorethesensortechnology.Inrecentyears,thesensorisinthestageofdevelopmentfromtraditionaltonew.Magneticresistancesensorasakindofnewtypeofsensor,theresearchofitisbecomingmoreandmoreimportant.Thispaperstartedwiththebasicconceptofmagneticresistancesensor,anddiscussedtheinductive,transformerandtheeddycurrenttypeofthesensor'sworkingprinciple,outputcharacteristics,measurementcircuitandtheactualapplicationinthelife.Usingsensorsaimedathelpingusimprovelife,alsotopromotesocialprogress.Keywords:MagneticResistanceSensor;Inductive;Transformer;EddyCurrentType;WorkingPrincipleApplication1.自感式电感传感器1.1自感式电感传感器定义自感式电感传感器,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测量的传感器。可用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。既可用于动态测量,也可用于静态测量。实质上是一种机电转换装置,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。1.2自感式电感传感器分类根据转换原理,分为电感式(自感L变化)、变压器传感式(互感M变化)、电涡流式(L、M都变化)传感器;根据结构形式,分为气隙型、面积型、螺管型传感器。本文主要按转换原理分类,逐个进行介绍。1.3自感式电感传感器的优缺点具有以下优点:结构简单,工作可靠,寿命长;灵敏度高,分辨力大,能分辨0.01m的位移2变化;重复性好,线性度优良;能实现远距离传输、记录、显示和控制。有两个不足:灵敏度、线性度和测量范围相互制约;存在交流零位信号,不宜高频动态测量。2.电感式传感器2.1工作原理电感式传感器,是利用线圈自感量的变化来实现测量的。它的结构由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成,在铁芯和衔铁之间有气隙,气隙厚度为δ,传感器的运动部分与衔铁相连。当被测量变化时,使衔铁产生位移,引起磁路中磁阻变化,从而导致电感线圈的电感量变化。因此只要能测出这种电感量的变化,就能确定衔铁位移量的大小和方向。线圈中电感量:MNINLIR,其中N是线圈匝数,MR是总磁阻。且MfRRR121221FllRAA02RA(0是磁导率,是空气气隙)因为FRR02mRRA所以2202ANNLR若气隙截面积A保持不变,则L为δ的单值函数,构成变气隙厚度式自感传感器;保持气隙间距δ不变,A随被测量(如位移)变化,构成变气隙面积式自感传感器。传感器灵敏度:20022NAdLSdS与气隙长度的平方成反比,愈小,S愈高,同时存在非线性误差。为减小此误差,通常规定在较小间隙变化范围内使用,一般取0/0.1。这种传感器适用于较小位移(0.001~1mm)的测量。2.2输出特性气隙厚度0时自感系数:2002ANL。当衔铁上移时,传感器气隙减小,即0,则输出电感为2000002()1ANLLLL当01时,用泰勒级数展开成级数形式:20000[1()...]LL;当衔铁随被测的初始位置向下移动时,同理有20000[1()...]LL忽略高次项线性处理得:00LL,因此既可确定衔铁位置又可确定方向。3电感灵敏度:0001/LKL2.3测量电路自感式传感器实现了把被测量的变化为电感量的变化。为了测出电感量的变化,就要用转换电路把电感量的变化转换成电压(或电流)的变化,最常用的转换电路如下:(1)变压器电桥电路:基本原理是输出电压反映了传感器线圈阻抗的变化。(2)相敏检波电路:基本原理是输出电压经相敏检波可反映位移的大小和方向。(3)调频电路:基本原理是传感器电感的变化引起输出电压频率f的变化。(4)调相电路:基本原理是传感器电感的变化将引起输出电压相位的变化。2.4实践应用(1)应用于电感式滚珠直径分选装置。(2)应用于磨加工主动测量、测量长度位移量和制做电子测微仪。3.变压器式传感器3.1工作原理变压器式传感器,是利用变压器作用原理把被测位移等转换为初、次级线圈互感变化的。闭磁路变隙式差动变压器的结构:在A、B两个铁芯上绕有111ab的两个初级绕组和222ab两个次级绕组。两个初级绕组的同名端顺向串联,而两个次级绕组的同名端则反向串联。当被测体没有位移时衔铁处于初始平衡位置,与两个铁芯的间隙相等,则两绕组的互感相等,则两个次级绕组的互感电势相等。因次级绕组反相串联,差动变压器输出电压为零。当被测体有位移时衔铁的位置发生变化,两次级绕组的互感电势不相等,即差动变压器有电压输出。输出电压的大小与相位反映位移的大小和方向。图4-8所示是变隙电感式压力传感器的结构图。它由膜盒、铁芯、衔铁及线圈等组成,衔铁与膜盒的上端连在一起。当压力进人膜盒时,膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移。于是衔铁也发生移动,从而使气隙发生变化,流过线圈的电流也发生相应的变化,电流表指示值就反映了被测压力的大小。43.2输出特性研究前提是:在忽略铁损(即涡流与磁滞损耗忽略不计)、漏感以及变压器次级开路(或负载阻抗足够大)的条件下的等效电路。不考虑铁芯与衔铁中的磁阻影响时,变隙式差动变压器输出电压为2211babaWUUW当衔铁处于初始平衡位置时U2=0。若被测体带动衔铁移动,向上移动Δδ(向上移动为正)时有12210WUUW由此可知,变隙式差动变压器的输出电压与衔铁位移量成正比。闭磁路变隙式差动变压器的输出特性表明,变压器输出电压大小与衔铁位移大小成正比,相位根据衔铁移动方向与输入电压同相或反向。变隙式差动变压器灵敏度K的表达式为:21210WUUKW电源幅值的适当提高可以提高灵敏度值,但要以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。增加W2/W1的比值和减小δ0都能使灵敏度K值提高。但W2/W1的比值与变压器的体积及零点残余电压有关。一般选择传感器的δ0为0.5mm。图4-9所示为变隙式差动电感压力传感器。它主要由C形弹簧管、衔铁、铁芯和线圈等组成。当被测压力进人C形弹簧管时,C形弹簧管产生变形,其自由端发生位移,带动与自由端连接成一体的衔铁运动,使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化,即一个电感量增大,另一个电感量减小。电感的这种变化通过电桥电路转换成电压输出。由于输出电压与被测压力之间成比例关系,所以只要用检测仪表测证出输出电压,即叮得知被测压力的大小。3.3测量电路图5.20微压传感器接头通孔线路板衔铁壳体差动变压器底座膜盒插头5差动变压器输出交流电压,用交流电压表测量,只能反映衔铁位移大小,不能反映移动方向;测量值中还包含零点残余电压。为了辨别移动方向和消除零点残余电压,实际测量时,常常采用差动整流电路和相敏检波电路。典型差动整流电路有:半波电压输出,全波电压输出,半波电流输出,全波电流输出四种电路。差动整流电路,电压输出的,适用于交流阻抗负载;电流输出的,适用于低阻抗负载。并且差动整流电路具有结构简单,不需要考虑相位调整和零点残余电压的影响,分布电容影响小和便于远距离传输等优点,因而获得广泛应用。3.4实践应用(1)电感测微仪动态测量范围:1mm分辨率:1m精度:3%(2)电感压力传感器由接头、膜盒、底座、线路板、差动变压器、衔铁、罩壳组成(3)电感式滚珠直径分选装置4.总结与展望传感器技术,是一门集物理学、生物学、化学、电子通讯及网络技术等多门学科交叉的前沿技术,被公认为是本世纪发展最为迅猛的高新技术产业之一。作为新型传感器的一种——变磁阻式传感器,仅仅有这些基础理论是不够的,生活中还有更多的问题有待解决。对其研究的不断深入,不仅可以解决更多的实际问题,提高国民的全体生活质量,还可以进一步提高国家的综合实力。随着企业在不断借鉴国际先进技术的同时加强自身的自主创新,可以预见,中国传感器市场前景一片大好!参考文献[1]郭勇.PROTELDXP2004SP2印制电路板设计教程.机械工业出版社[M].2009[2]梁森、黄杭美.自动检测与转换技术.机械工业出版社[M]2010[3]周绍敏.电工基础.高等教育出版社[M].2009[4]百度百科传感器[5]方金兰.高校节能减排的一个成功样本.经济参考报[J]2009-12-316论文题目:自感型电感式传感器及其应用姓名:李世举班级:车辆工程091201学号:200912070109