傳感器電感式傳感器

4章電感式傳感器一、單項選擇題1、電感式傳感器的常用測量電路不包括〔 。A.溝通電橋 B.變壓器式溝通電橋C.脈沖寬度調制電路 D.諧振式測量電路2、電感式傳感器承受變壓器式溝通電橋測量電路時，以下說法不正確的選項是〔 。銜鐵上、下移動時，輸出電壓相位相反銜鐵上、下移動時，輸出電壓隨銜鐵的位移而變化依據(jù)輸出的指示可以推斷位移的方向當銜鐵位于中間位置時，電橋處于平衡狀態(tài)3、以下說法正確的選項是〔 。差動整流電路可以消退零點剩余電壓，但不能推斷銜鐵的位置。差動整流電路不能推斷銜鐵的位置，但能推斷運動的方向。相敏檢波電路可以推斷位移的大小，但不能推斷位移的方向。相敏檢波電路可以推斷位移的大小，也可以推斷位移的方向。4、對于差動變壓器，承受溝通電壓表測量輸出電壓時，以下說法正確的選項是〔 。既能反映銜鐵位移的大小，也能反映位移的方向既能反映銜鐵位移的大小，也能消退零點剩余電壓既不能反映位移的大小，也不能反映位移的方向既不能反映位移的方向，也不能消退零點剩余電壓5、差動螺線管式電感傳感器配用的測量電路有〔 。A．直流電橋 B．變壓器式溝通電橋C．差動相敏檢波電路 D．運算放大電路6、通常用差動變壓器傳感器測量〔 。A．位移 B．振動 C．加速度 D．厚度三、填空題1、電感式傳感器是建立在換為

根底上的，電感式傳感器可以把輸入的物理量轉的變化，并通過測量電路進一步轉換為電量的變化，進而實現(xiàn)對非電量的測量。12、電感式傳感器可以把輸入的物理量轉換為線圈的 或 的變化，并通過測量電路將 或 的變化轉換為 或的變化，從而將非電量轉換成電信號的輸出，實現(xiàn)對非電量的測量。13、電感式傳感器依據(jù)工作原理的不同可分為 、 和等種類。15、差動變壓器構造形式有 、 和 等，但它們的工作原理根本一樣，都是基于 的變化來進展測量，實際應用最多的是差動變壓器。16、電渦流傳感器的測量電路主要有 式和 式。四、簡答題4、差動變壓器式傳感器有幾種構造形式？5、差動變壓器式傳感器的零點剩余電壓產(chǎn)生的緣由是什么？怎樣減小和消退它的影響？17、簡述電感式傳感器的根本工作原理和主要類型。一、單項選擇題題號答案學問點1C變磁阻電感式傳感器測量電路2C變磁阻電感式傳感器測量電路3D螺線管式差動變壓器測量電路4D變隙式差動變壓器5C測量電路6C差動變壓器電感式傳感器的應用二、多項選擇題題號答案學問點1ABCD測量電路2ABCDE概述3ABC變隙式差動變壓器輸出特性4ABCD概述三、填空題題號答案學問點1電磁感應；線圈的自感系數(shù)；互感系數(shù)概述2反相變隙式差動變壓器3同頻同相螺線管式差動變壓器4下降電渦流式傳感器等效電路變壓器；順向串接銜鐵位移量；微小位移中間；零點剩余電壓差動整流；相敏檢波電路鐵磁性外殼；移動的活動鐵芯鐵芯；銜鐵零點剩余電壓

差動變壓器電感式傳感器變隙式差動變壓器變隙式差動變壓器螺線管式差動變壓器螺線管式差動變壓器變磁阻式傳感器差動變壓器式傳感器自感系數(shù)L；互感系數(shù)M；自感系數(shù)L；互感系數(shù)M；概述電壓；電流變磁阻式〔自感式；變壓器式；渦流式〔互感式〕 概述線圈；鐵芯；銜鐵；變壓器式溝通電橋；諧振式測量電路

變磁阻式傳感器變隙式；變面積式；螺線管式；線圈互感量；螺線管式

差動變壓器調頻；調幅振幅測量；轉速測量；無損探傷①增加繞組匝數(shù)；穿過線圈的磁通；磁阻

電渦流電感式傳感器電渦流電感式傳感器變磁阻電感式傳感器差動變壓器電感式傳感器四、簡答題i1i1W1aW2ae2aCabW1bW2be2b2UoUiB工作原理：

變隙式差動變壓器構造假設：初級繞組Wa=Wb=W 次級繞組和Wa=Wb=W 兩個初級繞組的同名端順向串1 1 1， 2 2 2。聯(lián)，兩個次級繞組的同名端則反相串聯(lián)。當沒有位移時，銜鐵Cδa=δb=δ，則繞組0 0 0Wa和Wa間的互感Ma與繞組WW

的互感Mb1 2 1b 2b等，即e=e。由于次級繞組反相串聯(lián)，因此，差動變壓器輸出電壓U=ea-e

b=0。2a2b o2 2當被測體有位移時，與被測體相連的銜鐵的位置將發(fā)生相應的變化，使δa≠δb，互感Mab≠Me≠eU=e-e≠0，即差動變壓器有電壓輸b2a 2b o2a2b出，此電壓的大小與極性反映被測體位移的大小和方向。學問點：差動變隙式電感傳感器2、答：變隙式電感傳感器的輸出特性與銜鐵的活動位置、供電電源、線圈匝數(shù)、鐵芯間隙有關。學問點：變隙式電感傳感器3、答：為改善變隙式電感傳感器的非線性可承受差動構造。圈的匝數(shù)比值和減小鐵芯間隙都能使靈敏度提高。學問點：變隙式電感傳感器4差動變壓器式傳感器依據(jù)輸出電壓的大小和極性可以反映出被測物體位移的大小和方向。斷銜鐵的位置，但不能推斷運動的方向；如配用相敏檢波電路，可推斷位移的大小和方向。學問點：差動變壓器式傳感器5、答：零點剩余電壓的產(chǎn)生緣由：傳感器的兩次極繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，導化曲線的非線性〔磁飽和，磁滯，產(chǎn)生了零點剩余電壓的高次諧波〔主要是三次諧波。為了減小和消退零點剩余電壓，可承受差動整流電路。學問點：變隙式差動變壓器6、答：保證相敏檢波電路牢靠工作的條件是檢波器的參考信號uo的幅值遠大于變壓器的輸出信號uuo和差動變壓器式傳感器的鼓勵電壓共用同一電源。學問點：變隙式差動變壓器7、答：電渦流效應指的是這樣一種現(xiàn)象：依據(jù)法拉第電磁感應定律，塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時該電動勢在導體內產(chǎn)生電流，并形成閉合曲線，狀似水中的渦流，通常稱為電渦流。學問點：電渦流電感式傳感器工作原理8、答：利用電渦流效益測量位移時，可將被測體的電阻率、磁導率、線圈與被測體的尺寸器線圈阻抗的變化，就可確定位移的變化。學問點：電渦流電感式傳感器工作原理LL線圈1A鐵芯1WL2A 銜鐵2變磁阻式傳感器構造9、答：變磁阻式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵三局部組成。鐵芯和銜鐵由導磁材料制成。δ感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。學問點：變磁阻電感式傳感器的工作原理10敏度會有所下降。而螺線管式電感傳感器則不存在這個問題，可測量更大范圍的位移。學問點：變磁阻電感式傳感器；螺線管式差動變壓器11、答：在無視鐵損〔即渦流與磁滯損耗無視不計〕、漏感以及變壓器次級開路〔或負載阻抗足夠大〕r1aL1ar1bL1br2aL2ar2bL2b，分W1a,W1b,W2a,W2b繞阻的直流電阻與電感。r1a<<ωL1a，r1b<<ωL1b時，假設不考慮鐵芯與銜鐵中的磁阻影響，可得變隙式差動變壓器輸出電壓o

WUb a 2Uo W b a 1當銜鐵處于初始平衡位置時，因δa=δb=δ0，則Uo=0。但是假設被測體帶動銜鐵移動，例如向上移動Δδ〔假設向上移動為正〕時，則有δa=δ0-Δδ，δb=δ0+Δδ，代入上式可得： Uo

WUi 2 iW 1 0UUoe2ae2a-22b1eU2bo- O +變隙式差動變壓器輸出特性0；當銜鐵上移時，變壓器的輸出電壓與輸入電壓反相；當銜鐵下移時，變壓器的輸出電壓與輸入電壓同相。學問點：變隙式差動變壓器的輸出特性12、答：(1)不同點：自感式傳感器把被測非電量的變化轉換成自感系數(shù)的變化；差動變壓器式傳感器把被測非電量的變化轉換成互感系數(shù)的變化。(2)一樣點：兩者都屬于電感式傳感器，都可以分為氣隙型、截面型和螺線管型三種類型。學問點：變磁阻電感式傳感器；差動變壓器13、答：在自感式傳感器中，雖然螺線管式自感傳感器的靈敏度最低，但示值范圍大、線性也較好;同時還具備自由行程可任意安排、制造裝配便利、可互換性好等優(yōu)點。由于具備了這些優(yōu)點，而靈敏度低的問題可在放大電路方面加以解決，故目前螺管式自感傳感器應用中最廣泛。學問點：變磁阻電感式傳感器；差動變壓器14〔磁飽和、磁滯〕，產(chǎn)生了零點剩余電壓的高次諧波〔主要是三次諧波〕。15er

e2

，所以四個二極管工作狀態(tài)可完全由er

而定。設e正半rABD、D

D、D

截止。此時ADBF回路是對稱的，因而1 2 3 4DFeABD、D

D、D

導通，此rACBF也是對稱回路，故C點和F在以上兩種狀況下：

1 2 3 4當鐵心在中間位置e2

0ECD點等電位，因此EF位，因此流過電流表的電流i0；當鐵心上移，設信號電壓e2與電壓erer正半周時e2的極性為CDDFiE→mAF(D)；負半周信號電壓e2C點為負，D點為正，此時CFiE→mAF(C)。所以鐵心上移，電流走向是由E→F。反之鐵心下移，e與ee的正半周時，e的極性為CD2 r r 2同理可分析得電流i流向為F→E，與上述相反。學問點：測量電路16線性度受位移量大小的影響較大，在位移小時，線性尚好，但位移一大，線性就很差。影響1/4，勵磁頻率應承受中頻，最好配用相敏檢波器。差動變壓器的靈敏度是其最主要的性能指標輸出電壓量，一般用輸出電壓的增量與動鐵芯位移增量之比表示，即：KU=?U/?X。影響因素主要有副邊繞組的線圈匝數(shù)和原邊繞組的勵磁電壓及頻率等。學問點：差動變壓器17、答：電感式傳感器是建立在電磁感應根底上的，它將輸入的物理量〔如位移、振動、壓力、流量、比重等〕L或互感系數(shù)M的變化，再通過測量電路將L或M。〔自感式〔互感式〕等種類。學問點：概述18、答：設兩差動線圈初始氣隙厚度均為

L，且0 0當銜鐵向上移動時，則W2A

L W2A000 2000

W2AL L L

0 0 ，L L L 0 01 0 1

2(0

) 2

2 2(0

)∴LL1

L2

LL1 2W2A0 0

W2A0 0

2L

12(0

) 2(0

)

0 0 1( )20當0

時，L2L 0KL

0L200

L L0由此可見，與單極式相比，其靈敏度提高了一倍〔單極式為K0

。0學問點：變磁阻電感式傳感器的工作原理1、答：設初始狀態(tài)時〔被測量為，傳感器線圈初始氣隙厚度為

，則初始電感值為000L W2A000 20當傳感器工作時〔被測量不為0鐵上移了的距離，則氣隙厚度減小了，此時傳感器電感量為：00L W2A002( )∴電感變化量LLL

0W2A0 0

W2A0 00 2(0

) 20L 10 0 1/0

0項，使輸出L與輸入了改善其非線性，可承受差動構造形式的變氣隙厚度的電感式傳感器。學問點：變磁阻電感式傳感器的非線性20電壓的差值作為輸出，具體整流原理如下：A當Ui上正下負時，上線圈abc正da－1－2－4－3－bC124C1上的電U24；c－5－6－8－7－dC268C2上的電U68。B當U上負下正時，上線圈abc負di上線圈：電流從b－3－2－4－1－a，流過電容C24，1C上的電壓為U；1 24d－7－6－8－5－cC68C2 2U。68C的電流方向總是從214，流經(jīng)電容C68，故整流電路的輸出電壓為：2U＝U＝U＋U＝U－U0 26 24 86 24 68①當銜鐵位于中間位置時，U＝U，∴U＝024 68 0②當銜鐵位于中間位置以上時，U>U，∴U>024 68 0③當銜鐵位于中間位置以下時，U<U，∴U<024 68 0如此，輸出電壓U的極性反映了銜鐵的位置，實現(xiàn)了整流的目的。0學問點：相敏檢波測量電路五、計算題1、解：L=L 0

LL0 00W2A

03000241071.51040L 00 20

0 54103H20.5102所以：

K=5410310.8340.5102做成差動構造形式靈敏度將提高一倍。學問點：變磁阻電感式傳感器L

WW22、解：線圈中自感量：

I I RmR

2x 2x 2l 1 2m A0 0

S S S1 空氣隙xx各自變而其和不變，其他變量都不變，所以自感量L1 學問點：變磁阻電感式傳感器123、解〕 l2

0.4mmW2AL= 0

25002410716106157mH2 20.82L=L0

0 0

0

2......]157

0.08[111 ]39.25mH0.4 5 25LR=A

464〔4〕Q=L，2f，Q=240001571038.5R 464學問點：變磁阻電感式傳感器4LL1 2

差動電感與固定電阻R按圖連接，此時應滿足RL2fLLRK0.5，電感為差動式。輸電壓有效值為1 LL

5.03U 1

U 6272mV0 2 LL1 2

55.4學問點：溝通電橋測量電路2

W2S5、解：∵R

，∴L 0 0m S 20 0又∵W2000

4107，S0

3010315103∴當0L20234107301031510當 210

3L

22103

0.005655H學問點：變磁阻電感式傳感器六、綜合分析設計題1、解：〔1〕測試平臺

信號 測量電路 調理振動 電源測試平臺振動加速度的測量系統(tǒng)框圖〔2〕差動變壓器式加速度傳感器的原理圖B121B121Ax(t)2—差動變壓器〔3〕差動變壓器式加速度的測量電路圖電路或相敏檢波電路。法一：差動整流電路把差動變壓器的兩個次級輸出電壓分別整流，然后將整流的電壓或電流的差值作為輸出。下面給出全波電壓輸出的差動整流電路：11a41a42 9T bC1311R0 25c8610dC27全波電壓輸出的差動整流電路圖1從上圖電路構造可知，不管兩個次級線圈的輸出瞬時電壓極性如何，流經(jīng)電容C的電1224，流經(jīng)電容C68，故整流電路的輸出電壓為22 24 68U=UU=0UUU

>0；24 68 2 24 68 2U<U，則U

<0。24 68 22 U的有效值大小反映了位移的大小，從而利用①式可以反求加速度的大?。?U正負表示銜鐵位移的方向，即振動的加速度方向。2法二：相敏檢波電路uT

加到環(huán)形電橋的一2sus

T2

1ou從o變壓器T1與T2的中心抽頭引出。R起限流作用，以避開二極管導通時變壓器T2的次級電流過大。RL為負載電s阻。us