第5章電感式傳感器

第五章電感式傳感器電感式傳感器——利用電磁感應(yīng)原理將被測非電量如位移、壓力、流量、振動等轉(zhuǎn)換成線圈自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量的輸出。優(yōu)缺點(diǎn)？變磁阻式傳感器——自感式

差動變壓器式傳感器——互感式電渦流式傳感器——電渦流式主要特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠靈敏度高，能分辨0.01μm的位移變化測量精度高、零點(diǎn)穩(wěn)定、輸出功率較大可實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中被廣泛采用主要缺點(diǎn)靈敏度、線性度和測量范圍相互制約傳感器自身頻率響應(yīng)低，不適用于快速動態(tài)測量變磁阻式傳感器工作原理銜鐵移動δ改變磁阻變化電感值變化根據(jù)式(3-19)可以形成三種類型的自感式傳感器改變氣隙厚度δ(a)改變導(dǎo)磁面積S0(b)利用鐵芯在螺管線圈中的直線位移改變總的磁阻(c)

也可認(rèn)為是改變有效線圈匝數(shù)

N三種傳感器均可用以測量變換為直線位移的物理參量由公式(3-19)可見，L與各參數(shù)的變化關(guān)系并不相同

如改變氣隙類型，L與δ不是線性關(guān)系——與電容傳感器類似

變磁阻式傳感器輸出特性初始電感量：初始點(diǎn)銜鐵上移Δδ，δ＝δ0－Δδ同理，銜鐵下移Δδ，δ＝δ0＋Δδ忽略高價項(xiàng)：

靈敏度為：

（表明？）由此可見，變隙式傳感器的測量范圍與靈敏度及線性度之間存在矛盾，因此，變隙式電感傳感器用于測量微小位移量的場合。為減小非線性誤差，實(shí)際測量中廣泛采用差動變隙式自感傳感器。1—鐵芯2—線圈3—銜鐵圖5-2差動變隙式電感傳感器差動式變間隙電感傳感器的靈敏度是單線圈式的兩倍。差動式變間隙電感傳感器的非線性項(xiàng)次數(shù)高，線性度得到明顯改善。交流電橋式測量電路50電橋平衡條件：Z1=Z2;Z3=Z4平衡狀態(tài)下：U0＝0銜鐵偏離中心位置后：(假設(shè)Z1=Z+ΔZ1;Z2=Z-ΔZ2;還假設(shè)傳感器線圈具有高品質(zhì)因數(shù))又忽略高次項(xiàng)得故（注：此圖中的電橋輸入輸出端口與上一章中的位置剛好相反）交流電橋式測量電路靈敏度分析靈敏度K0為兩點(diǎn)結(jié)論：差動式變間隙電感傳感器的靈敏度是單線圈式的兩倍。差動式變間隙電感傳感器的非線性項(xiàng)次數(shù)高，線性度得到明顯改善。變壓器式交流電橋6當(dāng)傳感器銜鐵上移時,即Z1=Z+ΔZ,Z2=Z-ΔZ,此時當(dāng)傳感器銜鐵下移時,即Z1=Z-ΔZ,Z2=Z+ΔZ,此時諧振式測量電路78差動變壓器式傳感器互感式傳感器——把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感變化的傳感器差動變壓器式傳感器——次級繞組用差動形式結(jié)構(gòu)：變隙式、變面積式、螺線管式優(yōu)點(diǎn)：測量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠螺線管式差動變壓器螺線管差動變壓器工作原理14螺線管式差動變壓器工作原理16（兩次級線圈反相串聯(lián)，忽略鐵損、導(dǎo)磁體磁阻和線圈分布電容）銜鐵在平衡位置時……活動銜鐵向上移動時,由于磁阻的影響,w2a中磁通將大于w2b,使M1>M2

，……反之……即：當(dāng)銜鐵位移發(fā)生變化時，輸出電壓會隨之發(fā)生變化

螺線管式差動變壓器基本特性16（兩次級線圈反相串聯(lián)，忽略鐵損、導(dǎo)磁體磁阻和線圈分布電容）銜鐵在中間位置時，M1=M2=M，故U2=0

活動銜鐵向上移動時,M1=M+ΔMM2=M-ΔM

與同極性活動銜鐵向下移動時,M1=M-ΔMM2=M+ΔM

與同極性輸出特點(diǎn)：輸出（交流電壓）幅值與銜鐵偏移量成正比；銜鐵過平衡點(diǎn)時，相位改變180度。

零點(diǎn)殘余電壓及補(bǔ)償17零點(diǎn)殘余電壓ΔU0零點(diǎn)殘余電壓主要是由傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等問題引起的。（基波、高次諧波）rCW1W2輸出圖1零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償（直接補(bǔ)償）輸出rCW1W2交流輸入～圖2零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償?shù)牧硪环N方法（間接補(bǔ)償）差動式變壓器測量電路兩個目的：辨別移動方向消除零點(diǎn)殘余電壓兩種方法：差動整流電路相敏檢波電路差動整流電路18

相敏檢波電路19電渦流式傳感器工作原理22傳感器等效阻抗發(fā)生變化電渦流效應(yīng)——塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運(yùn)動時,導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流。一般用于測量x，也有用于測量ρ、μ電渦流傳感器基本特性等效電路模型：線圈的等效阻抗：電渦流的徑向形成范圍25電渦流徑向形成的范圍大約在傳感器線圈外徑ras的1.8～2.5倍范圍內(nèi),且分布不均勻電渦流密度在短路環(huán)半徑r=0處為零電渦流的最大值在r=ras附近的一個狹窄區(qū)域內(nèi)可以用一個平均半徑為ras（ras=（ri+ra）/2）的短路環(huán)來集中表示分散的電渦流（圖中陰影部分）電渦流強(qiáng)度與距