第3章 变磁阻式传感器1
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第1章传感器概述1.什么是传感器?(传感器定义)2.传感器由哪几个部分组成?分别起到什么作用?3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用?4.解释下列名词术语: 1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。
第1章传感器答案:3.答:传感器处于研究对象与测试系统的接口位置,即检测与控制之首。
传感器是感知、获取与检测信息的窗口,一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号,其作用与地位特别重要。
4.答:①敏感元件:指传感器中直接感受被测量的部分。
②传感器:能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。
③信号调理器:对于输入和输出信号进行转换的装置。
④变送器:能输出标准信号的传感器第2章传感器特性1.传感器的性能参数反映了传感器的什么关系?静态参数有哪些?各种参数代表什么意义?动态参数有那些?应如何选择?2.某传感器精度为2%FS ,满度值50mv ,求出现的最大误差。
当传感器使用在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差,并说出结论。
3.一只传感器作二阶振荡系统处理,固有频率f0=800Hz,阻尼比ε=0.14,用它测量频率为400的正弦外力,幅植比,相角各为多少?ε=0.7时,,又为多少?4.某二阶传感器固有频率f0=10KHz,阻尼比ε=0.1若幅度误差小于3%,试求:决定此传感器的工作频率。
5. 某位移传感器,在输入量变化5 mm时,输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。
6. 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成,各环节的灵敏度为:S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V,求系统的总的灵敏度。
7.测得某检测装置的一组输入输出数据如下:a)试用最小二乘法拟合直线,求其线性度和灵敏度;b)用C语言编制程序在微机上实现。
8.某温度传感器为时间常数 T=3s 的一阶系统,当传感器受突变温度作用后,试求传感器指示出温差的1/3和1/2所需的时间。
变磁阻式传感器一、变磁阻式传感器特点变磁阻式传感器是自感式传感器的一种,自感式传感器又属于电感式传感器类别. 电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量,如位移、压力、流量、振动等,转换成线圈的自感系数L 或互感系数M 的变化,再由转换电路转换为电压或电流的变化量输出,实现非电量到电量的转换。
电感式传感器具有以下特点:1、结构简单、传感器无活动的电接触点,因此工作可靠寿命长;2、灵敏度和分辨率高,能测出0.01μm 的位移变化,传感器的输出信号强,电压灵敏度一般每毫米的位移可达到数百毫伏的输出;3、线性度和重复性都比较好,在一定位移范围(几十微米至数毫米)内,传感器非线性误差仅达到0.05%—0.1%,并且稳定性也较好.同时,这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,他在工业自动控制系统中广泛被采用;但是它有频率响应较低、不宜快速动态测控等缺点。
二、结构和工作原理变阻式传感器的结构和工作原理如图1所示,它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。
铁芯和衔铁都由导磁材料,如硅钢片和坡莫合金制成。
在铁芯和活动衔铁之间有气隙,气隙厚度为δ。
传感器的运动部分与衔铁相连,当衔铁移动时,气隙厚度δ发生变化,从而使磁路中磁阻变化,导致电感线圈的电感值变化,这样可以由此判别被测量的位移大小。
线圈的电感值L 可按如下电工学公式计算: 2M N L=R (1)式中 N ——线圈匝数;R M —-单位长度上的磁路总磁阻。
图1是变磁阻式传感器基本结构图。
图1 变磁阻式传感器基本结构图磁路总磁阻可写成:M F R =R +R δ (2) 式中F R —-铁芯磁阻;R δ-—空气气隙磁阻;其中F R 和R δ可以分别由下式求出: 12F 1122L L R =A A μμ+ (3) F 02R =A δμ (4)式(3)中,第一项为铁芯磁阻,第二项为衔铁磁阻;1L —-磁通通过铁芯的长度(m );1A ——铁芯横截面积(m 2);1μ-—铁芯材料的导磁率(H/m );2L --磁通通过衔铁的长度(m );2A -—衔铁横截面积(m 2);2μ——衔铁材料的导磁率(H/m );A ——气隙横截面积(m 2); 0μ-—空气的导磁率(4π×10。
浙江大学城市学院信息分院10192091 现代传感器技术赵梦恋,吴晓波 2008-2009学年冬学期2008年12月三、变磁阻式传感器(二)习 题3-1. 分别画出正负半周下二极管环形相敏检波电路的等效电路并据此说明其工作原理(如何反映衔铁运动的大小和方向)。
答:Z 1和Z 2为传感器两线圈的阻抗,Z 3=Z 4构成另两个桥臂,U 为供电电压,U O 为输出。
如图(b)示。
当衔铁处于中间位置时,Z 1=Z 2=Z ,电桥平衡,U O =0。
若衔铁上移,Z 1增大,Z 2减小。
(1)如供电电压为正半周,即A 点电位高于B 点,二极管D 1、D 4导通,D 2、D 3截至,如图(a)示。
在A -E -C -B 中,C 点电位由于Z 1增大而降低;在A -F -D -B 支路中,D 点电位由于Z 2减少而增高。
因此D 点电位高于C 点,输出信号为正。
(2)如供电电压为负半周,即B 点电位高于A 点,二极管D 2、D 3导通,D 1、D 4截至,如图(b)示。
在B -C -F -A 中,C 点电位由于Z 2减少而降低;在B -D -E -A 支路中,D 点电位由于Z 1增大而增高。
因此D 点电位仍高于C 点,输出信号为正。
(c)O同理证明,衔铁下移时,输出信号总为负。
故输出信号的正负代表了衔铁位移的方向。
O (b)3-2. 试推导差动变压器的输出电压与△M 之间的关系。
答:根据变压器原理,传感器输出电压为两次级线圈感应电势之差:()212212O U E E j M M I ω∙∙∙∙=-=--当衔铁在中间位置时,若两次级线圈参数与磁路尺寸相等,则12M M M ==,0O U ∙=。
当衔铁偏离中间位置时,12M M ≠,在差动工作时,有11M M M =+∆,22M M M =-∆。
在一定范围内,12M M M ∆=∆=,差值()12M M -与衔铁位移成比例,即 21222O U E E j M I ω∙∙∙∙=-=-∆。
磁阻式传感器工作原理
磁阻式传感器是一种基于磁阻效应测量物理量的传感器。
其工作原理是利用磁阻的变化来检测物体位置、速度、重量、压力等物理量。
磁阻是指磁通通过物体时所产生的电阻变化。
磁阻式传感器通常由两部分组成:磁阻元件和信号处理电路。
磁阻元件是一种特殊的电阻器件,其电阻值会随着外加的磁场变化而发生变化。
信号处理电路用来将磁阻元件的变化转换为电信号,以便后续的数据处理和分析。
磁阻元件可以采用不同的结构,常见的有磁阻条、磁阻环和磁阻芯等。
当磁场作用于磁阻元件时,磁场的强度会引起磁阻元件内部磁性材料的磁化程度发生变化,从而改变磁阻元件的电阻值。
通过测量磁阻元件的电阻值,可以确定外加磁场的强度,从而实现对物理量的测量。
磁阻式传感器的优点是结构简单、体积小、响应速度快、精度高、可靠性好,适用于多种环境和测量场景。
它广泛应用于工业自动化、汽车电子、医疗设备等领域,例如用于测量发动机转速、车速、物体位置等。