传感器应用论文传感器原理论文 互感式传感器在智能控制中的应用[精品专业论文]精选.doc

传感器应用论文传感器原理论文 互感式传感器在智能控制中的应用摘要： 电感式传感器是利用电磁感应原理，通过线圈自感和互感的变化，实现非电量电测来进行工作的，它常用来测量位移、振动、压力、比重等物理参数。由于它具有结构简单、工作可靠、寿命长、使用范围广等特点，因此得到广泛的应用。 　　Abstract： Inductive sensor implements non-electric quantity electrical measurement to work through changes of coil self-induction and mutual inductance by using the theory of electromagnetic induction, and it is used to measure physical parameters such as displacement, vibration, pressure, proportion and so on. Because of its characteristics of simple structure, reliable operation, long life and wide utilization, it is widely used. 　　关键词： 互感式传感器; 测量电路; 应用 　　Key words： Mutual Inductance Sensor; measuring circuit; application 　　中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）05-0181-02 　　0引言 　　互感式传感器是利用线圈的互感作用将位移转换成感应电势的变化，它实际上是一个具有可动铁芯和二个次级线圈的变压器。初级线圈接入交流电源时，次级线圈因互感作用产生感应电势，当互感变化时，输出屯势亦发生变化．这种传感器通常都是采用差动形式，故称为差动变压器。差动变压器的结构形式分为变隙式和螺管式两种。变隙式由于行程很小，结构也较复杂，因此已很少使用，下面以目前广泛采用的螺管式差动变压器进行讨论。采用差动式结构，除了可以改善非线性、提高灵敏度外，对电源电压、频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用，作用在衔铁上的电磁力，由于是两个线圈磁通产生的电磁力之差，所以对电磁吸力有一定的补偿作用，从而提高了测量的准确性。 　　1工作原理 　　螺管式差动变压器主要由线圈框架A、绕在框架上的一组初级线圈W和两个完全相同的次级线圈W1和W2 及插入线圈中心的圆柱形铁芯B组成，如图1-a所示。当初级线圈W加上一定的交流电压时，次级线圈W1和W2由于电磁感应分别产生感应电势e1和e2，其大小与铁芯在线圈中的位置有关。把感应电势e1和e2反极性串联（见图1-b），则输出电势为e0=el-e2 　　次级线圈产生的感应电势为e=-M 　　式中M——初级线圈与次级线圈之间的互感； 　　i——流过初级线圈的激磁电流。 　　当铁芯在中间位置时，由于两线圈互感相等M1=M2，感应电势e1=e2，故输出电势e0=0；当铁芯偏离中间位置时，由于磁通变化使互感系数一个增大，一个减小，M1≠M2，e1≠e2，所以e0≠0。若M1M2，则e1e2，反之e1 　　以上分析表明，差动变压器输出电压的大小反映了铁芯位移的大小，输出电压的极性反映了铁芯运动的方向。从特性曲线看出，差动变压器输出特性的非线性得到很大改善。 　　2测量电路 　　互感式电感传感器是将位移转换成电感（自感系数）的变化，为了便于测量，还必须通过测量电路将电感的变化变成电压（或电流），以便进行放大。为此，可以采用交流电桥或采用谐振电路进行处理。差动式互感传感器常采用交流电桥。 　　2.1 交流电桥交流电桥由交流电源供电（图2-a），四个桥臂可以是电阻，也可以是电容或电感，因而可以用来测量电阻、电容和电感。 　　如果将直流电桥中的电阻R用阻抗Z来代替，则交流电桥的平衡条件为Z1Z3=Z2Z4 　　若阻抗用指数形式Z=zej?准表示，代入上式得z1z3e=z2z4e 　　式中z1、z2、z3、z4——各阻抗的模； 　　?准1、?准2、?准3、?准4——各阻抗的阻抗角。 　　这就是说，交流电桥平衡的条件是；相对桥臂阻抗之模的乘积和阻抗角之和必须相等。因此电桥必须有两个可调参数，对幅值和相角进行平衡。 　　图2-中（b）是（a）的变形，称为变压器电桥，它是从变压器次级中心抽头，把次级分为两个绕组接入电桥作为邻臂，另外两臂由差动式传感器两线圈阻抗Z1和Z2构成。因为次级绕组上下部分对称，故两部分电压相等，均为u/2。若以d为参考点，负载阻抗为无穷大，