第3章 电感式传感器-2.ppt

第四节 零点残余电压 1.定义 当两线圈Z1=Z2时，电桥平衡输出U0=0，因阻抗为复数阻 抗，所以要使R1=R2，L1=L2，实际上电桥不宜达到绝对平 衡，其输出曲线在零点有一个最小输出电压称为零点残余 电压e0，（几毫伏至几十毫伏） e0过大，会使灵敏度下降， 非线性误差增大，测量精度 降低。甚至造成放大器末级 趋于饱和，不能正常工作。 所以e0的大小是判别传感器 质量的重要标志之一。 2.原因 a.两线圈的等效参数不对称，（造成幅值不等） b.传感器有铁损和磁化曲线的非线性引起的高次谐波， c.电源电压含有高次谐波， d.线圈具有分布电容（匝间电容、材质不均匀，使相位不同）。 3.减小零残电压的办法 a.结构上： 设计和制造上尽量保持 对称等。 b.电路调整法： (1)基波消除法(串联电阻R1) (2)高次谐波消除法(并联电阻R2) (3)变压器次级不对称造成相位不是严格相等(并联电容C) c.拆圈法： d.采用适当的测量电路,一般在放大电路中加入相敏检波,使其输出特性变为直线,此时输出电压不仅反映被测位移的极性,同时使零点残余电压减小到可以忽略的程度。 第五节 应用举例 1.自感测微仪 电感式滚柱直径分选装置 3.转子流量计 4.测加速度 5. 测位移 第六节 涡流式传感器 一、工作原理 涡流效应：金属导体置于变化的磁场中，导体内产生感应电动势，由于是导体，即成为感应电流，称为涡流。形成涡流应具备条件： 1.存在交变磁场， 2.导电体处于交变 磁场中。 由克希荷夫定律有 电涡流效应演示 二、参数计算与分析 1.涡流损耗功率 涡流引起的能量损耗称为涡流损耗。其大小用涡流损耗功率表示。 2.线圈轴上磁感应强度 (2) 线圈外径越大，线性范围越大，但灵敏度越低。 反之，线圈外径越小，灵敏度越高，但线性范围越小。 一般说来，线性范围大约是线圈外径的1/3~1/5。 (3)线圈内径的变化,只是在靠近线圈处灵敏度稍有不同。 (4)线圈厚度的变化也仅是在靠近线圈处对灵敏度稍有影响。 3.涡流分布（直接用结果） a. 径向分布： 在线圈外径处r=r2，涡流密度最大Jr=J0； 在r0.4r2以内，基本上没有涡流； 在r=1.8r2处，涡流密度将衰减到最大值的5%。 b.轴向分布：按指数规律衰减。由于趋肤（集肤）效应，涡流只在表面薄层内存在。 涡流的轴向贯穿深度h：是涡流密度等于J0/e时至导体表面的距离， 三、转换电路 1.桥式电路 2.谐振幅值电路 3.调频电路 调幅法 四、低频透射涡流传感器 若将激励频率减低，涡流的贯穿深度将加厚，与上面高频反射式相对，可做成低频透射式。 a.同一材料在不同频率: 为使仪器具有较宽的测量范围与较好的线性，应选用较低的激励频率。如1kHz。 在h较小时，f3的斜率 f1的斜率, 在h较大时， f1的斜率 f3的斜率 。 测薄板时应选较高频率，测厚板时应选较低频率。 五、涡流式传感器的应用 位移 x 作变换量：位移，厚度，振幅，转速。 电阻率?作变换量：温度，材料判别。 磁导率?作变换量：应力，硬度x，?，?综合可制成探伤装置。 能连续监测设备部件的振动温度在轴承失效前能早期预警 第七节 压磁式传感器 压磁效应：应力使铁磁材料的磁性质变化的现象。 磁致伸缩效应：磁化过程中，各磁畴之间的界限发生移动，因而产生机械变形的现象。 工作原理 * * 外形图 结构图 1—气缸 2—活塞 3—推杆 4—被测滚柱 5—落料管 6—电感测微器 7—钨钢测头 8—限位挡板 9—电磁翻板 10—容器（料斗） 弹簧管式电感压力传感器 2、压力测量 非磁性（硬磁） 磁性（软磁） 则 设 当电涡流线圈与金属板的距离x 减小时，电涡流线圈的等效电感L 减小，等效电阻R 增大。感抗XL 的变化比 R 的变化 大 得 多，流过电涡流线圈的电流 i1 增大。 dr ri r0 h 上式说明：影响Pe的有?，Bm，导体的?及涡 流形成的范围等。 x r Bx1 I 单匝载流导线在轴上产生的Bx1, Bx 整个线圈在此处产生的Bx 分析讨论： (1)线圈尺寸参数（r2，r1，b）对Bx—x特性的影响结果如图。 J0 J0/e O h z Jz 非磁性 (硬磁) 软磁 (磁性) 非磁性(硬磁) h b.同一频率不同的电阻率:贯穿深度不同，引起曲线变化，为使测量不同电阻率的材料所得到的曲线形状相近，要相应的改变激励频率。 o h e f1 f2 f3 f3 f2 f1 (非接触式) 厚度 测量 转速测量 振动测量 温度测量 利用导体的电阻率与温度的关系，保持线圈与被测导体之间的距离及其他参量不变，就可以测量金属材料的表面