变磁阻式传感器的工作原理

工作原理

  变磁阻式传感器的结构如图所示。它由线圈、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，在铁芯和衔铁之间由气隙，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发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化。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。

  根据电感定义，线圈中电感量可由下式确定：

             L= Ψ/I=wΦ/I（9-1）

   式中：Ψ—线圈总磁链

              I—通过线圈的电流

             W—线圈的匝数

             Φ—穿过线圈的磁通

 由磁路欧姆定律，得 Φ=Iw/R_m （9-2）式中R_m为磁路总磁阻

对于变隙式传感器，因为气隙很小，所以可以认为气隙中的磁场是均匀的，若忽略磁路磁损，则磁路总磁阻为Rm=L₁/u₁S₁+L₂/u₂S₂+2δ/u₀S₀（9-3）

式中：u₁——铁芯材料的磁导率                         S₁——铁芯的截面积

          u₂——衔铁材料的磁导率                          S₂——衔铁的截面积

          L₁——磁通通过铁芯的长度                       U₀——空气的磁导率

          L₂——磁通通过衔铁的长度                       S₀——气隙的截面积

         δ ——气隙的厚度    

通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，如图，则式（9-3）可近似R_m=2δ /u₀S₀（9-6）联立式（9-1）（9-2）（9-6）可得L=W²/R_m=W²u₀S₀/2δ （9-7）

式（9-7）表明，线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻R_m的函数，只要改变δ或S₀均可导致电感变化，因此，变磁阻式传感器又可分为气隙厚度δ的传感器和变气隙面积S₀的传感器，使用最广泛的是变气隙厚度δ的电感传感器。

变气隙厚度δ的传感器如图9-1所示，这种传感器的灵敏度高，最常用的电感式传感器，其缺点是输出特性(L-δ关系曲线）是非线性的。

变气隙面积S₀的传感器如图9-2所示，这种传感器为线性特性，但是灵敏度较低，它通常用于角位移的测量中。