第三章电感式传感器讲解.ppt

* （三）?? 误差因素分析 1、激励电源电压幅值与频率的影响 激励电源电压幅值的波动，会使线圈激励磁场的磁通发生变化，直接影响输出电势。差动变压器激励频率的选择至少要大于衔铁运动频率的10倍，即可测信号频率取决于激励频率，一般在2kHz以内，另外还受到测量系统机械负载效应的限制。 2、温度变化的影响 在周围环境温度变化时，会引起差动变压器线圈电阻及导磁体磁导率的变化，从而导致输出电压、灵敏度、线性度和相位的变化。当线圈品质因数较低时，这种影响更为严重。在这方面采用恒流源激励比恒压源激励有利。适当提高线圈品质因数并采用差动电桥可以减少温度的影响。 * 3、零点残余电压 当差动变压器的衔铁处于中间位置时，由于对称的两个次级线圈反向串接，理论上其输出电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，差动输出电压并不为零，总会有零点几mV到数十mV的微小的电压值存在，不论怎样调整也难以消除，我们把零位移时差动变压器输出的电压称为零点残余电压。零点残余电压使得传感器输出特性不过零点。 0 Uo x -x e0 产生的原因：两电感线圈的等效参数不对称 * 1 基波正交分量 2 基波同相分量 3 二次谐波 4 三次谐波 5 电磁干扰 u u e0 1 2 3 4 5 (a)残余电压的波形 (b)波形分析 t t 图中u为差动变压器初级的激励电压，e0包含基波同相成分、基波正交成分，二次及三次谐波和幅值较小的电磁干扰等。 e0 减小零点残余电压方法： 1.? 尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数玫磁路的对称。磁性材料要经过处理，消除内部的残余应力，使其性能均匀稳定。 2.?选用合适的测量电路，如采用相敏整流电路。既可判别衔铁移动方向双可改善输出特性，减小零点残余电动势。 3. 采用补偿线路减小零点残余电动势。下图是几种减小零点残余电动势的补偿电路。在差动变压器二次侧串、并联适当数值的电阻电容元件，当调整这些元件时，可使零点残余电动势减小。 * 三、 电涡流式传感器 由法拉第电磁感应原理可知：一个块状金属导 体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力 线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流， 这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应。 根据电涡流效应制作的传感器称电涡流传感器; 电涡流传感器能够对被测量进行非接触测量; 形成电涡流必须具备两个条件： ① 存在交变磁场 ② 导电体处于交变磁场中 * 工作原理 把一个扁平线圈置于金属导体附近，当线圈中通以交变电流I1时，线圈周围空间产生交变磁场H1，当金属导体靠近交变磁场中时，导体内部就会产生涡流I2，这个涡流同样产生反抗H1的交变磁场H2 。由于H2的作用，涡流要损耗一部分能量，从而使传感器的等效阻抗发生变化。 * 等效电路 ω——线圈激磁电流角频率；  R1、L1——传感器线圈电阻和电感 R2、L2——金属导体的电阻和电感 M——互感系数。 R1 R2 L1 L2 E I1 I2 * 解得线圈等效阻抗Z的表达式为 式中：R——线圈受电涡流影响后的等效电阻 L——线圈受电涡流影响后的等效电感 线圈的等效品质因数Q值为 * 被测参数变化，能引起Z、L、Q变化，线圈阻抗 1、电桥电路法 图中A、B为传感器线圈，它们与电容C1、C2，电阻R1、R2组成电桥的四个臂。当传感器线圈的阻抗变化时，电桥失去平衡。电桥的不平衡输出经线性放大和检波，这种方法电路简单，主要用在差动式电涡流传感器中。 测量电路 2、调频式电路 * 传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与被测导体距离x改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率的变化，该变化的频率是距离x的函数，即f=L(x), 该频率可由数字频率计直接测量，或者通过f-V变换，用数字电压表测量对应的电压。 振荡器电路如图(b)所示。它由克拉泼电容三点式振荡器(C2、C3、L、C和Ｖ1)以及射极输出电路两部分组成。振荡器的频率为 * 3. 调幅式电路 由传感器线圈L、电容器C和石英晶体组成的石英晶体振荡电路如图所示。石英晶体振荡器起恒流源的作用，给谐振回路提供一个频率（f0）稳定的激励电流io，LC回路输出电压 式中, Z为LC回路的阻抗。  当金属导体远离或去掉时，LC并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率fo，回路呈现的阻抗最大， 谐振回路上的输出电压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐，从而使输出电压降低，L的数值随距离x的变化而变化。因此，输出电压也随x而变化。输出电压经放大、 检波后， 由指示仪表直接显示出x的大小。 正反馈法的测量原理如右图所