KC04030407-m06-學習輔導-電感式傳感器的誤差分析

1、電感式傳感器的測量誤差分析1.輸出特性的非線性各種自感式傳感器，都在原理上或?qū)嶋H上存在非線性誤差。測量電路也往往存在非線性。為了減小非線性，常用的方法是采用差動結構和限制測量范圍。對于螺管式自感傳感器，增加線圈的長度有利于擴大線性范圍或提高線性度。在工藝上應注意導磁體和線圈骨架的加工精度、導磁體材料與線圈繞制的均勻性，對于差動式則應保證其對稱性，合理選擇銜鐵長度和線圈匝數(shù)。另一種有效的方法是采用階梯形線圈，如圖所示。2.零位誤差 差動自感式傳感器當銜鐵位于中間位置時，電橋輸出理論上應為零，但實際上總存在零位不平衡電壓輸出(零位電壓)，造成零位誤差，如圖所示。過大的零位電壓會使放大器提前飽和，若

2、傳感器輸出作為伺服系統(tǒng)的控制信號，零位電壓還會使伺服電機發(fā)熱，甚至產(chǎn)生零位誤動作。零位電壓的組成十分復雜，如圖所示。它包含有基波和高次諧波。產(chǎn)生基波分量的主要原因是傳感器兩線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸的不對稱，以及構成電橋另外兩臂的電氣參數(shù)不一致。由于基波同相分量可以通過調(diào)整銜鐵的位置(偏離機械零位)來消除，通常注重的是基波正交分量。造成高次諧波分量的主要原因是磁性材料磁化曲線的非線性，同時由于磁滯損耗和兩線圈磁路的不對稱，造成兩線圈中某些高次諧波成分不一樣，不能對消，于是產(chǎn)生了零位電壓的高次諧波。此外，激勵信號中包含的高次諧波及外界電磁場的干擾，也會產(chǎn)生高次諧波。應合理選擇磁性材料與激勵電流，使

3、傳感器工作在磁化曲線的線性區(qū)。減少激勵電流的諧波成分與利用外殼進行電磁屏蔽也能有效地減小高次諧波。一種常用的方法是采用補償電路，其原理為：(1)串聯(lián)電阻消除基波零位電壓；(2)并聯(lián)電阻消除高次諧波零位電壓；(3)加并聯(lián)電容消除基波正交分量或高次諧波分量。圖示出了上述原理的典型接法。圖中R用來減小基波正交分量，作用是使線圈的有效電阻值趨于相等，大小約為，可用康銅絲繞制。Rb用來減小二、三次諧波，其作用是對某一線圈(接于A、B間或B、C間)進行分流，以改變磁化曲線的工作點，阻值通常為幾百幾十k。電容C用來補償變壓器次級線圈的不對稱，其值通常為100500F。有時為了制造與調(diào)節(jié)方便，可在C、D間加接

4、一電位器R，利用R與Ra的差值對基波正交分量進行補償。圖(b)示出了一種傳感器的實際補償電路。另一種有效的方法是采用外接測量電路來減小零位電壓。如前述的相敏檢波電路，它能有效地消除基波正交分量與偶次諧波分量，減小奇次諧波分量，使傳感器零位電壓減至極小。此外還可采用磁路調(diào)節(jié)機構(如可調(diào)端蓋)保證磁路的對稱性，來減小零位電壓。3.溫度誤差 環(huán)境溫度的變化會引起自感傳感器的零點溫度漂移、靈敏度溫度漂移以及線性度和相位的變化，造成溫度誤差。環(huán)境溫度對自感傳感器的影響主要通過：(1)材料的線膨脹系數(shù)引起零件尺寸的變化；(2)材料的電阻率溫度系數(shù)引起線圈銅阻的變化；(3)磁性材料磁導率溫度系數(shù)、繞組絕緣材料的介質(zhì)溫度系數(shù)和線圈幾何尺寸變化引起線圈電感量及寄生電容的改變等造成。上述因素對單電感傳感器影響較大，特別對小氣隙式與螺管式影響更大，而第(2)項對低頻激勵的傳感器影響較大。對于高精度傳感器，特別是小量程傳感器，如果結構設計不合理，即使是差動式，溫度影響也不容忽視。對于高精度傳感器及其測量裝置，其材料除滿足磁性能要求外，還應注意線膨脹系數(shù)的大小與匹配。為此，有些傳感器采用了陶瓷、聚砜、夾布膠木、弱磁不銹鋼等材料作線圈骨架，或采用脫胎線圈。4.激勵電源的影響大多數(shù)自感式傳感器采用交流電橋作測量電路，電源電壓的波動將直接導致輸出信號的波動。采用差動工作方式，其影響將能得到補償。但