电感式传感器原理及特性.pptVIP

电感式传感器的工作基础：电磁感应 即利用线圈电感或互感的改变来实现非电量测量 与 衔铁上移 切线斜率变大 与线性度 衔铁上移： 电感式滚珠直径分选装置 实现按滚珠直径大小分类并计数 4.3.4 电涡流式传感器的应用 1、位移测量 2、振幅测量 3、转速测量 4、无损探伤 当r1aωL1a，r1bωL1b时，如果不考虑铁芯与衔铁中的磁阻影响，可得变隙式差动变压器输出电压Uo的表达式，即 . 分析：当衔铁处于初始平衡位置时，因δa=δb=δ0， 则Uo=0。但是如果被测体带动衔铁移动，例如向上移动Δδ（假设向上移动为正）时，则有δa=δ0-Δδ， δb=δ0+Δδ，代入上式可得 . 上式表明：变压器输出电压Uo与衔铁位移量Δδ/δ0成正比。 　　“－”号的意义:当衔铁向上移动时，Δδ/δ0定义为正，变压器输出电压Uo与输入电压Ui反相（相位差180°）；而当衔铁向下移动时，Δδ/δ0则为-|Δδ/δ0|，表明Uo与Ui同相。 图4.12所示为变隙式差动变压器输出电压Uo与位移Δδ的关系曲线。 　　变隙式差动变压器灵敏度K的表达式为 图4.12 变隙式差动变压器输出特性 分析结论：  ① 首先，供电电源Ui要稳定（获取稳定的输出特性）；其次，电源幅值的适当提高可以提高灵敏度K值，但要以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。  ② 增加W2/W1的比值和减小δ0都能使灵敏度K值提高。（ W2/W1影响变压器的体积及零点残余电压。一般选择传感器的δ0为0.5 mm。） ③ 以上分析的结果是在忽略铁损和线圈中的分布电容等条件下得到的，如果考虑这些影响，将会使传感器性能变差（灵敏度降低，非线性加大等）。但是，在一般工程应用中是可以忽略的。  ④ 以上结果是在假定工艺上严格对称的前提下得到的，而实际上很难做到这一点，因此传感器实际输出特性存在零点残余电压ΔUo。  ⑤ 变压器副边开路的条件对由电子线路构成的测量电路来讲容易满足，但如果直接配接低输入阻抗电路， 须考虑变压器副边电流对输出特性的影响。 4.2.2 螺线管式差动变压器 1. 工作原理 　两个次级线圈反相串联，并且在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下, 其等效电路。 　　当初级绕组加以激励电压U时, 根据变压器的工作原理,在两个次级绕组W2a和W2b中便会产生感应电势E2a和E2b。 如果工艺上保证变压器结构完全对称,则当活动衔铁处于初始平衡位置时, 必然会使两互感系数M1=M2。根据电磁感应原理, 将有E2a=E2b。由于变压器两次级绕组反相串联, 因而Uo=E2a-E2b=0, 即差动变压器输出电压为零。 当活动衔铁向上移动时,由于磁阻的影响，W2a中磁通将大于W2b，使M1M2，因而E2a增加，而E2b减小。反之，E2b增加，E2a减小。因为Uo=E2a-E2b，所以当E2a、E2b 随着衔铁位移x变化时， Uo也必将随x而变化。 　 当衔铁位于中心位置时，差动变压器输出电压并不等于零，我们把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，记作ΔUo，它的存在使传感器的输出特性不经过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致。 零点残余电压产生原因：主要是由传感器的两次级绕组的电气参数和几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等引起的。 零点残余电压的波形十分复杂，主要由基波和高次谐波组成。 基波产生的主要原因是： 传感器的两次级绕组的电气参数、几何尺寸不对称， 导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同，因此不论怎样调整衔铁位置， 两线圈中感应电势都不能完全抵消。 高次谐波（主要是三次谐波）产生原因：是磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和、磁滞）。 零点残余电压一般在几十毫伏以下，在实际使用时，应设法减小Ux，否则将会影响传感器的测量结果。 2. 基本特性 根据差动变压器等效电路。 当次级开路时 式中：U——初级线圈激励电压；  ω——激励电压U的角频率；  I1——初级线圈激励电流；  r1、 L1——初级线圈直流电阻和电感。 . . 根据电磁感应定律， 次级绕组中感应电势的表达式分别为 由于次级两绕组反相串联，且考虑到次级开路，则由以上关系可得 上式说明，当激磁电压的幅值U和角频率ω、 初级绕组的直流电阻r1及电感L1为定值时，差动变压器输出电压仅仅是初级绕组与两个次级绕组之间互感之差的函数。 　　只要求出互感M1和M2对活动衔铁位移x的关系式，可