傳感技術複習筆記（4）——變磁阻式傳感器

1 工作原理

• 變磁阻式傳感器是利用電磁感應原理將被測非電量如位移、壓力、流量、重量、振動等轉換成傳感器線圈電感（自感量或互感量）的變化，再由測量電路轉換爲電壓或電流的變化量輸出的裝置。（電感式傳感器）

2 自感式傳感器

2.1 工作原理

• 自感式傳感器實質上是一個帶氣隙的鐵心線圈。
• 按磁路幾何參數變化形式的不同，目前常用的自感式傳感器有變氣隙式、變面積式與螺管式三種；按磁路的結構型式又有Π型、E型或罐型等等；按組成方式分，有單一式與差動式兩種。

2.2 交流電橋式測量電路

• 可見，電橋輸出電壓與Δδ有關，相位與銜鐵移動方向有關。
• 由於是交流信號，還要經過適當電路處理才能判別銜鐵位移的大小及方向。

2.3 變壓器式交流電橋

• 變壓器式交流電橋測量電路如圖所示，電橋兩臂Z1、Z2爲傳感器線圈阻抗，另外兩橋臂爲交流變壓器次級線圈的1/2 阻抗。
• 當銜鐵向上、向下移動相同的距離時，產生的輸出電壓大小相等，但極性相反。由於是交流信號，要判斷銜鐵位移的大小及方向同樣需要經過相敏檢波電路的處理。
• 變壓器電橋使用元件少，輸出阻抗小，電橋開路時電路呈線性，因此應用較廣

3 互感式傳感器

• 互感式傳感器是一種線圈互感隨銜鐵位移變化的變磁阻式傳感器。其原理類似於變壓器。不同的是：後者爲閉合磁路，前者爲開磁路；後者初、次級間的互感爲常數，前者初、次級間的互感隨銜鐵移動而變，且兩個次級繞組按差動方式工作，因此又稱爲差動變壓器。、

3.1 螺線管式

• 原理：當初級線圈加上某一頻率的正弦交流電壓後，次級線圈產生感應電壓e21,e22，它們的大小與鐵芯在線圈內的位置有關， e21和e22反極性連接就得到輸出電壓e2

3.2 變隙式差動變壓器

• 活動銜鐵向上移動時，由於磁阻的影響，W2a中磁通將大於W2b，使M1>M2，因而E2a增加，而E2b減小。反之，E2b增加，E2a減小。因爲U2=E2a-E2b，所以U2也必將隨x變化。

3.3 變面積式（如微動同步器）

• 差動式變壓器也可做成改變導磁面積的變面積式，但用於測量直線的極少，常用來測量角位移。
  

4 電渦流式傳感器

• 電渦流式傳感器是利用電渦流效應進行工作的。由於結構簡單、靈敏度高、頻響範圍寬、不受油污等介質的影響，並能進行非接觸測量，適用範圍廣，它一問世就受到各國的重視。目前，這種傳感器已廣泛用來測量位移、振動、厚度、轉速、溫度、硬度等參數，以及用於無損探傷領域。
• 電渦流效應
  由法拉第電磁感應原理可知：一個塊狀金屬導體置於變化的磁場中或在磁場中作用切割磁力線運動時，導體內部會產生一圈圈閉和的電流，這種電流叫電渦流，這種現象叫做電渦流效應。

4.1 工作原理

• 由傳感器線圈和被測導體組成“線圈——導體系統”。
• 線圈置於金屬導體附近：
  • 線圈中通以交變電流 i1
  • i1產生正弦交變磁場 H1
  • 金屬導體內就會產生渦流i2
  • 渦流i2產生反向電磁場H2
  • 反作用於線圈 ,導致線圈的電感 、阻抗和品質因數變化
    

4.2 分類

1. 高頻反射式電渦流傳感器
   
2. 低頻透射式電渦流傳感器
   測量金屬材料厚度