第4章_电感式传感器线位移及尺寸测量.ppt

第4章 电感式传感器·线位移及尺寸测量 本章内容 4.1 自感式传感器 4.2 差动变压器式传感器 4.3 涡流传感器 4.4 感应同步器 4.5 线位移及尺寸测量基本知识 4.6 电感式位移传感器 4.7 其它线位移及尺寸测量传感器 绪 论 电感式传感器是利用线圈自感（self-inductance of coils ） 或互感（mutual inductance of coils）的改变来实现测量的一种装置。可以测量位移、振动、压力、流量、比重等参数。 电感式传感器的核心部分是可变的自感或互感，在将被测量转换成线圈自感或互感的变化时，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。这类传感器的主要特征是具有电感绕组。 反之，当铁芯向上移动同样大小的距离时，Z2=Z-ΔZ, Z1=Z+ΔZ，得： 则输出电压为： 讨论: （1）磁芯处于中间平衡位置时，互感M1 = M2 =M，则Es=0 ； （2）磁芯上升时， M1 = M+ΔM， M2 = M-ΔM，则 (3)磁芯下降时， M1 = M-ΔM， M2 = M+ΔM，则 （1）灵敏度 定义：差动变压器在单位电压激励下，铁芯移动单位距离时的输出电压；单位：V/mm/V； 如何提高灵敏度？ （2）频率特性 4.2.3 差动变压器特性分析 应用时激磁频率一般在400Hz到5kHz的范围内选择 。 (3)线性范围 一般差动变压器的线性范围约为线圈骨架长度的1/10~1/4。 (5)零位残余电压及其补偿 当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值(从零点几mV到数十mV)存在，称为零点残余电压。如图是扩大了的零点残余电压的输出特性。零点残余电压的存在造成零点附近的不灵敏区；零点残余电压输入放大器内会使放大器末级趋向饱和，影响电路正常工作等。 0 u0 x -x u00 (4)温度特性 差动变压器的使用温度通常为80℃ 零点残余电压产生原因： ①基波分量。由于差动变压器两个次级绕组不可能完全一致，因此它的等效电路参数（互感M、自感L及损耗电阻R）不可能相同，从而使两个次级绕组的感应电势数值不等。又因初级线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，线圈匝间电容的存在等因素，使激励电流与所产生的磁通相位不同。 ②高次谐波。高次谐波分量主要由导磁材料磁化曲线的非线性引起。由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使得激励电流与磁通波形不一致产生了非正弦(主要是三次谐波)磁通，从而在次级绕组感应出非正弦电势。另外，激励电流波形失真，因其内含高次谐波分量，这样也将导致零点残余电压中有高次谐波成分。 消除零点残余电压方法： （1）从设计和工艺上保证结构对称性 为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加工精度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构。其次，应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的导磁材料。并应经过热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀性和稳定性。由高次谐波产生的因素可知，磁路工作点应选在磁化曲线的线性段。 （2）选用合适的测量线路 采用相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移动方向，而且把衔铁在中间位置时，因高次谐波引起的零点残余电压消除掉。如图，采用相敏检波后衔铁反行程时的特性曲线由1变到2，从而消除了零点残余电压。 u0 +x -x 2 1 0 相敏检波后的输出特性 （3）采用补偿线路 ①由于两个次级线圈感应电压相位不同，并联电容可改变其一的相位，也可将电容C改为电阻，如图(a)。由于R的分流作用将使流入传感器线圈的电流发生变化，从而改变磁化曲线的工作点，减小高次谐波所产生的残余电压。图(b)中串联电阻R可以调整次级线圈的电阻分量。 ～ ui u0 C R ～ ui u0 C R (a) (b) 调相位式残余电压补偿电路 ②并联电位器W用于电气调零，改变两次级线圈输出电压的相位，如图所示。电容C(0.02μF)可防止调整电位器时使零点移动。 ～ ui u0 C R1 R2 W 电位器调零点残余电压补偿电路 R或L补偿电路 ～ ui u0 L0 W ～ ui u0 R0 W (a) (b) ③接入R0(几百kΩ)或补偿线圈L0(几百匝)。绕在差动变压器的初级线圈上以减小负载电压，避免负载不是纯电阻而引起较大的零点残余电压。电路如图。 4.2.4差动变压器的测量电路 1.差动整流电路 根据半导体二级管单向导通原理进行解调的。如传感器的一个次级线圈的输出瞬时电压极性，在f点为“＋”，e点为“–”，则电流路径是fgdche（参看图a）。反之，如f点为“–”，e点为“＋”，则电流