变磁阻电感式传感器（自感式）测量电路与应用

变磁阻电感式传感器（自感式）测量电路与应用

本文档详细介绍了变磁阻电感式传感器（自感式）的三种测量电路——交流电桥、变压器式交流电桥和谐振式测量电路（调幅与调频），以及两种典型应用——变气隙厚度电感式压力传感器和电感测微仪。

交流电桥

交流电桥测量电路将传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂Z₁和Z₂，另外两个相邻桥臂选用纯电阻。当衔铁上移时，Z₁ = Z₀ + ΔZ₁，Z₂ = Z₀ - ΔZ₂。对于高Q值（ωL >> R）的差动电感式传感器，ΔZ₁ = jωΔL₁，ΔZ₂ = jωΔL₂，Z₀ ≈ jωL₀。电桥输出电压为：

/[
/dot{U}_o = -/frac{/dot{U}_i}{2}/frac{/Delta/delta}{/delta_0}
/]

电桥输出电压与气隙厚度的变化量Δδ成正比。当衔铁下移时，输出电压相位相反。

变压器式交流电桥

变压器式交流电桥本质上与交流电桥的分析方法完全一致。电桥两臂Z₁、Z₂为传感器线圈阻抗，另外两臂为交流变压器次级线圈阻抗的一半。输出电压为：

/[
/dot{U}_o = -/frac{/dot{U}_i}{2}/frac{/Delta Z_1}{Z_0} = -/frac{/dot{U}_i}{4}/frac{/Delta L}{L_0}
/]

衔铁上、下移动时，输出电压相位相反，大小随衔铁的位移而变化。因输出是交流电压，根据输出指示无法判断位移方向，需采用相敏检波电路。

谐振式测量电路

谐振式测量电路分为谐振式调幅电路和谐振式调频电路两种。

谐振式调幅电路

传感器的电感L与电容C和变压器一次侧串联，接入交流电源，变压器二次侧输出电压的幅值随电感L的变化而变化。此电路灵敏度很高但线性差，适用于线性要求不高的场合。

谐振式调频电路

传感器的电感L与电容C接入振荡回路，振荡频率取决于：

/[
f = /frac{1}{2/pi/sqrt{LC}}
/]

当L变化时，振荡频率随之变化，f与L呈明显的非线性关系。

典型应用

变气隙厚度电感式压力传感器

由线圈、铁心、衔铁、膜盒组成。当压力进入膜盒时，膜盒顶端产生与压力成正比的位移，带动衔铁移动，使气隙厚度变化，线圈电流相应变化，电流表指示值反映被测压力大小。

电感测微仪

用于测量微小尺寸变化的工具，常用于测量位移、零件尺寸、产品分选和自动检测。采用差动变气隙厚度结构，动态测量范围为±1mm，分辨率为1μm，精度可达3%。