第3章 電感式傳感器-2(西理工傳感器原理及應(yīng)用課件)

第四節(jié)零點(diǎn)殘余電壓1.定義當(dāng)兩線圈Z1=Z2時(shí)，電橋平衡輸出U0=0，因阻抗為復(fù)數(shù)阻抗，所以要使R1=R2，L1=L2，實(shí)際上電橋不宜達(dá)到絕對(duì)平衡，其輸出曲線在零點(diǎn)有一個(gè)最小輸出電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓e0，（幾毫伏至幾十毫伏）

e0過大，會(huì)使靈敏度下降，非線性誤差增大，測(cè)量精度降低。甚至造成放大器末級(jí)趨于飽和，不能正常工作。所以e0的大小是判別傳感器質(zhì)量的重要標(biāo)志之一。2.原因a.兩線圈的等效參數(shù)不對(duì)稱，（造成幅值不等）b.傳感器有鐵損和磁化曲線的非線性引起的高次諧波，c.電源電壓含有高次諧波，d.線圈具有分布電容（匝間電容、材質(zhì)不均勻，使相位不同）。3.減小零殘電壓的辦法a.結(jié)構(gòu)上：設(shè)計(jì)和制造上盡量保持對(duì)稱等。b.電路調(diào)整法：(1)基波消除法(串聯(lián)電阻R1)(2)高次諧波消除法(并聯(lián)電阻R2)(3)變壓器次級(jí)不對(duì)稱造成相位不是嚴(yán)格相等(并聯(lián)電容C)c.拆圈法：d.采用適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路,一般在放大電路中加入相敏檢波,使其輸出特性變?yōu)橹本€,此時(shí)輸出電壓不僅反映被測(cè)位移的極性,同時(shí)使零點(diǎn)殘余電壓減小到可以忽略的程度。第五節(jié)應(yīng)用舉例1.自感測(cè)微儀外形圖結(jié)構(gòu)圖1—?dú)飧?—活塞3—推桿4—被測(cè)滾柱5—落料管6—電感測(cè)微器7—鎢鋼測(cè)頭8—限位擋板9—電磁翻板10—容器（料斗）

電感式滾柱直徑分選裝置

彈簧管式電感壓力傳感器2、壓力測(cè)量3.轉(zhuǎn)子流量計(jì)4.測(cè)加速度5.測(cè)位移第六節(jié)渦流式傳感器一、工作原理渦流效應(yīng)：金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于是導(dǎo)體，即成為感應(yīng)電流，稱為渦流。形成渦流應(yīng)具備條件：1.存在交變磁場(chǎng)，2.導(dǎo)電體處于交變磁場(chǎng)中。由克希荷夫定律有非磁性（硬磁）磁性（軟磁）則設(shè)電渦流效應(yīng)演示

當(dāng)電渦流線圈與金屬板的距離x減小時(shí)，電渦流線圈的等效電感L減小，等效電阻R增大。感抗XL

的變化比R的變化大得多，流過電渦流線圈的電流i1

增大。二、參數(shù)計(jì)算與分析

1.渦流損耗功率渦流引起的能量損耗稱為渦流損耗。其大小用渦流損耗功率表示。drrir0h上式說明：影響Pe的有，Bm，導(dǎo)體的及渦流形成的范圍等。2.線圈軸上磁感應(yīng)強(qiáng)度xrBx1I單匝載流導(dǎo)線在軸上產(chǎn)生的Bx1,Bx整個(gè)線圈在此處產(chǎn)生的Bx(2)線圈外徑越大，線性范圍越大，但靈敏度越低。反之，線圈外徑越小，靈敏度越高，但線性范圍越小。一般說來，線性范圍大約是線圈外徑的1/3~1/5。(3)線圈內(nèi)徑的變化,只是在靠近線圈處靈敏度稍有不同。(4)線圈厚度的變化也僅是在靠近線圈處對(duì)靈敏度稍有影響。分析討論：(1)線圈尺寸參數(shù)（r2，r1，b）對(duì)Bx—x特性的影響結(jié)果如圖。3.渦流分布

（直接用結(jié)果）a.徑向分布：在線圈外徑處r=r2，渦流密度最大Jr=J0；在r<0.4r2以內(nèi)，基本上沒有渦流；在r=1.8r2處，渦流密度將衰減到最大值的5%。b.軸向分布：按指數(shù)規(guī)律衰減。由于趨膚（集膚）效應(yīng)，渦流只在表面薄層內(nèi)存在。渦流的軸向貫穿深度h：是渦流密度等于J0/e時(shí)至導(dǎo)體表面的距離，J0J0/eOhzJz三、轉(zhuǎn)換電路1.橋式電路2.諧振幅值電路3.調(diào)頻電路調(diào)幅法非磁性(硬磁)軟磁(磁性)非磁性(硬磁)四、低頻透射渦流傳感器若將激勵(lì)頻率減低，渦流的貫穿深度將加厚，與上面高頻反射式相對(duì)，可做成低頻透射式。ha.同一材料在不同頻率:為使儀器具有較寬的測(cè)量范圍與較好的線性，應(yīng)選用較低的激勵(lì)頻率。如1kHz。在h較小時(shí)，f3的斜率>f1的斜率,在h較大時(shí)，f1的斜率>f3的斜率。測(cè)薄板時(shí)應(yīng)選較高頻率，測(cè)厚板時(shí)應(yīng)選較低頻率。b.同一頻率不同的電阻率:貫穿深度不同，引起曲線變化，為使測(cè)量不同電阻率的材料所得到的曲線形狀相近，要相應(yīng)的改變激勵(lì)頻率。ohef1f2f3f3>f2

>f1五、渦流式傳感器的應(yīng)用位移x作變換量：位移，厚度，振幅，轉(zhuǎn)速。電阻率作變換量：溫度，材料判別。磁導(dǎo)率作變換量：應(yīng)力，硬度x，，綜合可制成探傷裝置。(非接觸式)厚度測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量振動(dòng)測(cè)量能連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備部件的振動(dòng)溫度在軸承失效前能早期預(yù)警溫度測(cè)量

利用導(dǎo)體的電阻率與溫度的關(guān)系，保持線圈與被測(cè)導(dǎo)體之間的距離及其他參量不變，就可以測(cè)量金屬材料的表面溫度，還能通過接觸氣體或液體的金屬導(dǎo)體來測(cè)量氣體或液體的溫度。

當(dāng)有金屬物體穿越安檢門時(shí)報(bào)警安檢門演示安檢門的內(nèi)部設(shè)置有發(fā)射線圈和接收線圈。當(dāng)有金屬物體通過時(shí)，交變磁場(chǎng)就會(huì)在該金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流，會(huì)在接收線圈中感應(yīng)出電壓，計(jì)算機(jī)根據(jù)感應(yīng)電壓的大小、相位來判定金屬物體的大小。在安檢門的側(cè)面還安裝一臺(tái)“軟x光”