變磁阻式傳感器的工作原理

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。

  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/R_m （9-2）式中R_m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R_m=2δ /u₀S₀（9-6）聯立式（9-1）（9-2）（9-6）可得L=W²/R_m=W²u₀S₀/2δ （9-7）

式（9-7）表明，線圈匝數為常數時，電感L僅僅是磁路中磁阻R_m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。