差動自感傳感器模塊

1、差動自感傳感器實驗?zāi)K基本教學(xué)實驗實驗?zāi)康? 掌握差動自感傳感器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。2 通過實驗驗證差動自感傳感器的基本特性。3 通過實驗研究激勵頻率對差動自感傳感器靈敏度的影響。4 掌握差動自感傳感器的靜態(tài)標(biāo)定方法，通過實驗進行差動自感傳感器的靜態(tài)標(biāo)定。實驗原理雙線圈變氣隙式自感傳感器采用兩個線圈激磁，工作時兩線圈的自感呈反相變化，形成差動輸出，因而稱之為差動自感傳感器。差動自感傳感器亦有變氣隙長度型和變氣隙截面積型，圖 1 為變氣隙長度型差動自感傳感器原理圖，由兩只完全對稱的單線圈自感傳感器共用一個活動銜鐵而構(gòu)成。圖 1變氣隙長度型差動自感傳感器設(shè) 10， 20，則兩線圈自感分別為L1L

2、0L（ 1）L2L0L（ 2）差動自感傳感器的輸出特性示意圖如圖2 所示。圖 2 差動自感傳感器的輸出特性示意圖采用差動結(jié)構(gòu)能帶來哪些好處呢？分析如下。如圖3 所示，將傳感器兩線圈接入交流電橋的相鄰兩臂，并施加交流激勵電源U i ，電橋輸出U o作為傳感器的輸出信號。圖 3 差動自感傳感器接入交流電橋初始時，銜鐵處于中間位置，120，L1L2L0 ，即 Z1 Z2 R0 j L0 ,而 Z3 Z4 R 是固定臂，于是電橋平衡，輸出電壓U o =0。當(dāng)銜鐵偏離中間位置時，兩線圈電感量 ( 或阻抗 ) 一增、一減Z1R0j ( L0L)（ 3）Z2R0j ( L0L )（ 4）此時電橋失衡，有電壓

3、輸出，輸出為U 0Z1Z4Z2Z3U iU ij L（ 5）(Z1 Z2 )(Z32 R0j L0Z4 )因為線圈的品質(zhì)因數(shù)很高，L0R0U 0U iL（ 6）2L0可見，輸出信號的幅值與銜鐵的位移幅度成正比，其相位取決于位移的方向，若銜鐵上移，輸出信號與激勵電源同相位；若銜鐵下移，輸出信號與激勵電源相位相差180o。若只將單線圈自感傳感器接入該電橋，不妨設(shè)Z1 為該單線圈自感傳感器，可得U iL（ 7）U 0L04差動自感傳感器相對單線圈自感傳感器，從理論上消除了起始時的零位輸出，銜鐵所受電磁引力平衡； 靈敏度提高一倍； 線性度得到改善 ( 電感變化量的高次項能部分相互抵消) ；差動形式可減

4、弱或消除溫度、 電源變化及外界干擾等共模干擾的影響。因為這些干擾是以相同的方向、相同的幅度作用在兩個線圈上的，它們所引起的線圈自感變化的大小和符號是相同的，而信號調(diào)理電路實質(zhì)上是將兩個線圈自感的差值轉(zhuǎn)換為電信號。差動自感傳感器、差動變壓器的激勵頻率 般在 50Hz 至 10kHz 范圍。頻率太低時，其靈敏度顯著降低， 由溫度和頻率波動引起的附加誤差增大；但頻率太高， 其渦流損耗和鐵損增加，寄生電容影響加大。根據(jù)具體應(yīng)用場合選擇合適的工作頻率非常重要。本傳感器實驗儀沒有配備變氣隙式差動自感傳感器，為此使用該實驗儀上的差動變壓器的兩個副邊線圈和鐵芯構(gòu)成螺旋管式差動自感傳感器，差動變壓器一次線圈此時

5、呈開路狀態(tài)，如圖4、圖 5 所示圖 4 螺管式差動變壓器結(jié)構(gòu)示意圖圖 5 差動變壓器替代差動自感傳感器的電氣原理圖實驗所需部件差動變壓器（作為差動自感傳感器） 、音頻振蕩器、測微頭、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、直流電壓表、示波器實驗步驟測量差動自感傳感器的傳感特性，進行靜態(tài)標(biāo)定：1 將差動變壓器原邊開路、副邊接成差動狀態(tài)，如圖6 所示。銜鐵音頻振蕩器R1移相器LVW D1W A2R 2差放相敏低通電壓表圖 6利用差動自感傳感器進行位移測量2 音頻振蕩器功率輸出端LV 端作為差動自感傳感器的恒流激勵電源，差動放大器增益適度。差動自感傳感器的兩個線圈和兩個固定電阻組成不平衡交

6、流電橋，將電感參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。3 旋轉(zhuǎn)測微頭使銜鐵位置相對兩個線圈對稱，此時電橋平衡，測量系統(tǒng)輸出為零。4 當(dāng)銜鐵發(fā)生位移時，電橋失衡，測量系統(tǒng)輸出電信號，電壓幅值與位移幅度對應(yīng)，電壓相位與位移方向?qū)?yīng)。銜鐵在平衡位置向上運動、向下運動，電橋輸出電壓信號的相位相差180。電橋輸出的交流調(diào)幅波性經(jīng)相敏整流后轉(zhuǎn)換為直流信號，直流信號的幅值對應(yīng)位移幅度，直流信號極性對應(yīng)位移方向。以平衡位置為起點，分別向上、向下各位移5mm，記錄被測位移量、輸出電信號值。反復(fù)作5 個循環(huán)，作出傳感特性標(biāo)定曲線，求出靈敏度。被測位移 mm輸出電壓 V5 重復(fù) 4，只作一個循環(huán)，以標(biāo)定曲線根據(jù)輸出信號計算被

7、測位移量，與測微頭的實際位移量相比較，計算絕對誤差、相對誤差、引用誤差、精度等級。被測位移 mm輸出電壓 V計算位移 mm研究激勵頻率對自感傳感器的影響：6 按圖 7接線。圖 7 研究激勵頻率對電感傳感器的影響電路圖7 將音頻振蕩器輸出頻率調(diào)至5kHz ，幅值調(diào)至居中，差動放大器增益調(diào)至100 。8 仔細(xì)調(diào)節(jié)測微頭，使銜鐵處于中間位置，此時電橋輸出幅值最低。9 旋轉(zhuǎn)測微頭，移動銜鐵，每隔1mm從示波器讀出 Vpp 值，填入下表。被 測 位移 mm輸 出 電壓 V10 改變音頻振蕩器頻率，重新調(diào)好零位，重復(fù)9，將被測位移、輸出電壓結(jié)果填入下表。被 測 位移 mm1kHz2kHz3kHz4kHz5

8、kHz6kHz7kHz8kHz9kHz10kHz11 根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，作出每個激勵頻率下的傳感器特性曲線，并作出靈敏度與激勵頻率的關(guān)系曲線。設(shè)計性實驗基于差動自感傳感器的振動測量系統(tǒng)設(shè)計實驗要求設(shè)計以差動自感傳感器作為傳感器的振動測量系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)測量被測對象的固有振動頻率，對該系統(tǒng)被測振幅與輸出電信號之間的關(guān)系進行標(biāo)定， 利用標(biāo)定后的測量系統(tǒng)進行振幅測量并計算絕對誤差、相對誤差、引用誤差、精度等級?？捎觅Y源原實驗儀上的所有資源，如差動變壓器（作為差動自感傳感器使用）、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、 移相器、 相敏檢波器、 低通濾波器、 電壓表等； 振幅及頻率測量裝置；示波器。建議實驗步驟1

9、移開圓盤上測微頭使圓盤處于自由可振動狀態(tài)。2 低頻振蕩器接入“激振 I”，使圓盤振動。注意保持適當(dāng)?shù)恼穹? 以差動變壓器的兩個次級線圈、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表為基本部件，設(shè)計基于差動變壓器的振動測量系統(tǒng)。畫出電路圖，并按圖組成系統(tǒng)。經(jīng)指導(dǎo)教師認(rèn)可后，方可通電。4 調(diào)整振動測量系統(tǒng)的零點，微調(diào)銜鐵在支架上的位置，調(diào)節(jié)電橋電路，使其輸出為零。用示波器觀察電橋輸出波形是否對稱，如不對稱，則需對電橋、移相器等進行調(diào)整。5維持低頻振蕩器輸出幅值不變，改變低頻振蕩器的頻率，從5HZ 逐漸增加到30HZ，記錄測量系統(tǒng)輸出的電信號幅值，利用振幅及頻率測量裝置測量振幅、振動頻率。 最高電信號幅值所對應(yīng)的振動頻率就是被測對象的固有頻率。激振頻率 Hz輸出電壓 V振幅 mm振動頻率 Hz6 在低于固有頻率的范圍內(nèi)任選一個激振頻率，并維持不變。 先是從低到高、 而后從高到低調(diào)整激振幅值， 記錄輸出電信號、并用振幅及頻率測量裝置測量振幅。如此反復(fù)測量幾個循環(huán)。激振幅值 V輸出電壓 V振幅 mm振動頻率 Hz7 更改激振頻率，重復(fù)6 的實驗內(nèi)容。8 以 6、 7 的測