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變磁阻式傳感器的工作原理

   2019-10-15 十二617
核心提示:對于變隙式傳感器,因為氣隙很小,所以可以認為氣隙中的磁場是均勻的

工作原理

  變磁阻式傳感器的結構如圖所示。它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導磁材料(如硅鋼片或坡莫合金)制成,在鐵芯和銜鐵之間由氣隙,氣隙厚度為δ,傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時,氣隙厚度δ發生改變,引起磁路中磁阻變化,從而導致電感線圈的電感值變化。因此,只要能測出這種電感量的變化,就能確定銜鐵位移量的大小和方向。

轉換31

  根據電感定義,線圈中電感量可由下式確定:

             L= Ψ/I=wΦ/I(9-1)

   式中:Ψ—線圈總磁鏈

              I—通過線圈的電流

             W—線圈的匝數

             Φ—穿過線圈的磁通

 由磁路歐姆定律,得 Φ=Iw/Rm (9-2)式中Rm為磁路總磁阻

對于變隙式傳感器,因為氣隙很小,所以可以認為氣隙中的磁場是均勻的,若忽略磁路磁損,則磁路總磁阻為Rm=L1/u1S1+L2/u2S2+2δ/u0S0(9-3)

式中:u1——鐵芯材料的磁導率                         S1——鐵芯的截面積

          u2——銜鐵材料的磁導率                          S2——銜鐵的截面積

          L1——磁通通過鐵芯的長度                       U0——空氣的磁導率

          L2——磁通通過銜鐵的長度                       S0——氣隙的截面積

         δ ——氣隙的厚度    

通常氣隙磁阻遠大于鐵芯和銜鐵的磁阻,如圖,則式(9-3)可近似Rm=2δ /u0S0(9-6)聯立式(9-1)(9-2)(9-6)可得L=W2/Rm=W2u0S0/2δ (9-7)

轉換32

式(9-7)表明,線圈匝數為常數時,電感L僅僅是磁路中磁阻Rm的函數,只要改變δ或S0均可導致電感變化,因此,變磁阻式傳感器又可分為氣隙厚度δ的傳感器和變氣隙面積S0的傳感器,使用最廣泛的是變氣隙厚度δ的電感傳感器。

變氣隙厚度δ的傳感器如圖9-1所示,這種傳感器的靈敏度高,最常用的電感式傳感器,其缺點是輸出特性(L-δ關系曲線)是非線性的。

變氣隙面積S0的傳感器如圖9-2所示,這種傳感器為線性特性,但是靈敏度較低,它通常用于角位移的測量中。

轉換33

 
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