傳感器與檢測技術(shù)第二版胡向東著課件.ppt

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1、下頁返回第4章電感式傳感器4.1變磁阻電感式傳感器4.2差動變壓器電感式傳感器4.3渦流式傳感器下頁上頁返回主要介紹利用變磁阻電感式（自感式）傳感器，利用互感原理的互感式傳感器(通常稱為差動變壓器式傳感器)，利用渦流原理的電渦流式傳感器。電感式傳感器是建立在電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)上，利用線圈自感或互感的改變來實現(xiàn)非電量的檢測。下頁上頁返回4.1變磁阻電感式傳感器4.1.1工作原理變磁阻電感式傳感器是把被測量的變化通過磁阻的變化轉(zhuǎn)換成自感L的變化，通過一定的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。線圈中電感量可由下式確定：根據(jù)磁路歐姆定律：式中,Rm為磁路總磁阻。（4-1）（4-2）氣隙很小，可

2、以認(rèn)為氣隙中的磁場是均勻的。若忽略磁路磁損，則磁路總磁阻為（4-3）下頁上頁返回通常氣隙磁阻遠(yuǎn)大于鐵芯和銜鐵的磁阻，即（4-4）則式（4-3）可寫為（4-5）聯(lián)立式（4-1）、式（4-2）及式（4-5），可得（4-6）下頁上頁返回上式表明：當(dāng)線圈匝數(shù)為常數(shù)時，電感L僅僅是磁路中磁阻Rm的函數(shù)，改變δ或A0均可導(dǎo)致電感變化，因此變磁阻電感式傳感器又可分為變氣隙厚度δ的傳感器和變氣隙面積A0的傳感器。目前使用最廣泛的是變氣隙厚度電感式傳感器。下頁上頁返回差動變隙式電感傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖下頁上頁返回下頁上頁返回①初態(tài)時：若結(jié)構(gòu)對稱，且動鐵居中，則差動變隙式自感傳感器的工作原理如下

3、:②動鐵上移時：則︱下頁上頁返回動鐵位移時，輸出電壓的大小和極性將跟隨位移的變化而變化。輸出電壓不但能反映位移量的大小，而且能反映位移的方向。輸出電壓正比于2△I，因而靈敏度較高，非線性減小。③動鐵下移時：同理可得4.1.2輸出特性L與δ之間是非線性關(guān)系，特性曲線如圖4-2所示。圖4-2變隙式電壓傳感器的L-δ特性下頁上頁返回分析：當(dāng)銜鐵處于初始位置時，初始電感量為（4-7）當(dāng)銜鐵上移Δδ時，傳感器氣隙減小，即δ=δ0－Δδ，則此時輸出電感為（4-8）下頁上頁返回當(dāng)Δδ/δ0<<1時（泰勒級數(shù)）：（4-9）可求得電感增量ΔL和相對增量ΔL/L0的表達(dá)式，即(4-10)(4-1

4、1)下頁上頁返回同理，當(dāng)銜鐵向下移動Δδ時，有（4-12）（4-13）對式（4-11）、（4-13）作線性處理，即忽略高次項后，可得（4-14）下頁上頁返回靈敏度為結(jié)論：變氣隙電感式傳感器的測量范圍與靈敏度及線性度相矛盾，因此變氣隙電感式傳感器適用于測量微小位移的場合。（4-15）下頁上頁返回銜鐵上移切線斜率變大靈敏度增加銜鐵下移切線斜率變小靈敏度減小與下頁上頁返回與線性度銜鐵上移：銜鐵下移：無論銜鐵上移或下移，非線性都將增大。故實際應(yīng)用中廣泛采用差動式結(jié)構(gòu)。下頁上頁返回下頁上頁返回電感的相對變化量為差動式電感傳感器的電感變化量為下頁上頁返回靈敏度：忽略高次項其靈敏度為當(dāng)時，

5、上式用泰勒級數(shù)展開成級數(shù)形式為非線性：＜下頁上頁返回差動式比單線圈式的靈敏度高1倍。差動式的非線性得到明顯改善。比較單線圈和差動兩種變隙式電感傳感器的特性，可以得到如下結(jié)論：下頁上頁返回4.1.3測量電路電感式傳感器實現(xiàn)了把被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡姼械淖兓?，為了測出電感的變化，同時也為了送入下級電路進(jìn)行放大和處理，就要用轉(zhuǎn)換電路把電感轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。一般，可將電感變化轉(zhuǎn)換為電壓(電流)的幅值、頻率、相位的變化，它們分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相電路。電路類型主要有：交流電橋、變壓器電橋和諧振式測量電路。下頁上頁返回1.變壓器電橋下頁上頁返回①初態(tài)時：由于動鐵居中即，，說明電橋處

6、于平衡狀態(tài)。②動鐵芯上移時：則代入式得③動鐵芯下移時：同理可得輸出電壓的大小反映動鐵位移的大小，輸出電壓的極性反映動鐵位移的方向。下頁上頁返回基本測量電橋輸出特性曲線接成差動形式的電橋，當(dāng)鐵心處于平衡位置時，輸出電壓不為零，而是一個很小的數(shù)值ΔU0，這個值稱為零點殘余電壓。2.帶相敏整流的交流電橋下頁上頁返回零點殘余電壓形成的原因：兩線圈等效參數(shù)（R、L）不對稱；工作電壓中含有高次諧波；磁路本身存在非線性（鐵心材料磁化曲線彎曲部分）；存在寄生參數(shù)；工頻干擾危害：靈敏度↓非線性誤差↑放大器飽和下頁上頁返回零點殘余電壓的消除：提高線圈及其骨架的對稱性；減少電源中的諧波成分；選擇理

7、想的磁性材料，適當(dāng)降低線圈的激勵電流，使銜鐵盡可能工作在磁化曲線的線性區(qū)；采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電路（Rp、RC等)；下頁上頁返回零點殘余電壓補(bǔ)償電路下頁上頁返回帶相敏整流的交流電橋為了既能判別銜鐵位移的大小，又能判斷出銜鐵位移的方向，通常在交流測量電橋中引入相敏整流電路，把測量橋的交流輸出轉(zhuǎn)換為直流輸出，而后用零值居中的直流電壓表測量電橋的輸出電壓。下頁上頁返回②當(dāng)銜鐵上移時，Z1增大，Z2減小，即Z1=Z+?Z，Z2=Z-?Z。如果輸入交流電壓為正半周，電路中二極管VD1、VD4導(dǎo)通，VD2、VD3截止，電