傳感器原理及應用-第4章(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 兩類諧振式測量電路： 諧振式調幅電路；諧振式調頻電路 七、自感式傳感器的測量電路 167。 變磁阻式電感傳感器 諧振式測量電路 （ 1） 諧振式調幅電路 傳感器電感 L與電容 C、 變壓器原邊串聯在一起 ， 接入交流電源 ， 變壓器副邊輸出電壓 ，電壓的頻率與電源頻率相同 ， 而幅值隨著電感L而變化 。 輸出電壓與電感的關系曲線中 L0為諧振點的電感值 ， 電路靈敏度很高 ， 但線性差 ， 適用于線性度要求不高的場合 。 物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 七、自感式傳感器的測量電路 167。 變磁阻式電感傳感器 諧振式測量電路 （ 2） 諧振式調頻電路 調頻電路的基本原理： 傳感器電感 L的變化引起輸出電壓頻率的變化 。 通常傳感器電感 L和電容 C接入一個振蕩回路中 ， 其振蕩頻率為 當 L變化時 ， 振蕩頻率隨之變化 ， 根據 頻率 的大小即可測出被測量的值 。 振蕩頻率 與 電感變化之間 具有嚴重的非線性關系 。 )2/(1 LCf ??物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 七、自感式傳感器的測量電路 167。 變磁阻式電感傳感器 零點殘余電壓 自感式傳感器測量電橋電路 ， 當兩線圈的阻抗相等 ， 即 Z1=Z2時 ， 電橋平衡 ，輸出電壓為零 。 傳感器阻抗是一個復阻抗 ， 為了達到電橋平衡 ， 就要求兩線圈的電阻相等 ， 兩線圈的電感也要相等 。 實際上這種情況是不能精確達到的 ， 因而在傳感器輸入量為零時 ， 電橋有一個不平衡輸出電壓 ΔUo。 在輸出電壓與活動銜鐵位移的關系曲線圖中 ， 虛線為理論特性曲線 ， 實線為實際特性曲線 。 傳感器在零位移時的輸出電壓稱為 零點殘余電壓 ， 記作 ΔUo。 物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 七、自感式傳感器的測量電路 167。 變磁阻式電感傳感器 零點殘余電壓 （ 1） 零點殘余電壓產生原因 零點殘余電壓主要由基波分量和高次諧波分量組成 。 ① 兩電感線圈的電氣參數及導磁體幾何尺寸不完全對稱 ， 在兩電感線圈上的電壓幅值和相位不同 ， 從而形成零點殘余電壓的基波分量 。 ② 傳感器導磁材料磁化曲線的非線性 （ 如鐵磁飽和 、 磁滯損耗 ） ， 使激勵電流與磁通波形不一致 ， 從而形成零點殘余電壓的高次諧波分量 。 （ 2） 零點殘余電壓的影響 ① 傳感器輸出特性在零點附近不靈敏 ， 限制了分辨率的提高 。 物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 七、自感式傳感器的測量電路 167。 變磁阻式電感傳感器 零點殘余電壓 ② 在電路上進行補償 。 這是一種既簡單又行之有效的方法 。 （ 2） 零點殘余電壓的影響 ② 零點殘余電壓太大 ， 使線性度變壞 ， 靈敏度下降 ， 甚至會使放大器飽和 ，堵塞有用信號通過 ， 致使儀器不再反映被測量的變化 。 （ 3） 減小零點殘余電壓的措施 ① 在設計和工藝上 ， 力求做到磁路對稱 ， 鐵芯材料均勻；要經過熱處理以除去機械應力和改善磁性；兩線圈繞制要均勻 ， 力求幾何尺寸與電氣特性保持一致 。 物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 一、變磁阻式傳感器工作原理 二、變磁阻式傳感器基本類型 三 、 變截面式自感傳感器輸出特性 四、變間隙式自感傳感器輸出特性 五、差動式自感傳感器 六、自感式傳感器的等效電路 七、自感式傳感器的測量電路 167。 變磁阻式電感傳感器 物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 第 4章 電感式傳感器 167。 變磁阻式電感傳感器 167。 差動變壓器式電感傳感器 167。 電渦流式傳感器 167。 電感式傳感器的應用 物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 差動變壓器式互感傳感器 167。 差動變壓器式電感傳感器 基本概念 互感式傳感器： 被測的非電量變化轉換為線圈互感變化的傳感器 。 M1234次級線圈 初級線圈 基本種類 有變隙式 、 變面積式和螺線管式等 。應用最多的是螺線管式差動變壓器 。 基本結構： 主要包括有銜鐵 、 初級繞組 、 次級繞組和線圈框架等 。 次級繞組用差動形式連接 ， 也差動變壓器式傳感器 。 工作原理類似于變壓器 。 初 、 次級繞組的耦合能隨銜鐵的移動而變化 ， 即 繞組間的互感隨被測位移的改變而變化 。 物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 一、螺線管式差動變壓器 二、變隙式差動變壓器 三 、 差動變壓器式傳感器測量電路 167。 差動變壓器式電感傳感器 物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 一、螺線管式差動變壓器 167。 差動變壓器式電感傳感器 螺線管式差動變壓器結構與原理 （ 1） 螺線管式差動變壓器結構 由初級線圈 ， 兩個次級線圈和插入線圈中央的圓柱形鐵芯等組成 。 兩個次級線圈反向串聯 ， 構成差動式 。 根據初 、 次級線圈排列不同 ， 螺管式差動變壓器有 二節式 、 三節式 、 四節式和五節式等形式 。 1 初級線圈； 2 次級線； 3 銜鐵； 4導桿 1 2 2 3 4 3 2 1 2 1 1 2 3 二節式 三節式 四節式 五節式 物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 一、螺線管式差動變壓器 167。 差動變壓器式電感傳感器 螺線管式差動變壓器結構與原理 （ 2） 螺線管式差動變壓器等效電路 在忽略鐵損 、 導磁體磁阻和線圈分布電容的理想條件下等效電路 。 根據電磁感應原理有 變壓器兩次級繞組反向串聯 ， 則差動變壓器輸出電壓為零 。 ba EE 22 ?? ?設差動變壓器中初級線圈的匝數為W1， 兩個次級線圈的匝數分別為 W1a和W1b。 當初級繞組加以激勵電壓時 ， 根據變壓器的工作原理 ， 在兩個次級繞組中便會產生感應電勢 。 若工藝上保證變壓器結構完全對稱 ,則當活動銜鐵處于初始平衡位置時 ， 必然會使兩互感系數相等 。 物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 一、螺線管式差動變壓器 167。 差動變壓器式電感傳感器 螺線管式差動變壓器輸出特性 當銜鐵移向次級繞組 L2a邊 ， 互感 Ma增大 ， Mb減小 ， 因而次級繞組 L2a內的感應電動勢大于次級繞組內 L2b的感應電動勢 ， 差動變壓器輸出電動勢不為零 。 在傳感器的量程內 ， 銜鐵位移越大 ，差動變壓器輸出電動勢就越大 。 當次級兩繞組反向串聯 、 次級開路時差動變壓器輸出電壓為 ? ?111222 Ljr UMMjEEU baba ?? ? ????? ????當銜鐵移向次級繞組 L2b邊 ， 差動輸出電動勢仍不為零 ， 但移動方向改變 ，輸出電動勢反相 。 差動變壓器輸出電動勢的大小和相位可知道銜鐵位移的大小和方向 。 物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 一、螺線管式差動變壓器 167。 差動變壓器式電感傳感器 螺線管式差動變壓器輸出特性 ? ?1112 LjrUMMjU ba?????? ??輸出電壓的有效值為 因此 ， 只要求出互感和對活動銜鐵位移 x的關系式 ， 即可得到螺線管式差動變壓器的基本特性表達式 。 ? ?? ? 212112 LrUMMU ba?????當激磁電壓的幅值和角頻率 、 初級繞組的直流電阻及電感為定值時 ， 差動變壓器輸出電壓僅僅是初級繞組與兩個次級繞組之間互感之差的函數 。 物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 一、螺線管式差動變壓器 167。 差動變壓器式電感傳感器 螺線管式差動變壓器輸出特性 （ 1） 激勵電壓幅值與頻率的影響 激勵電源電壓幅值的波動 ， 使線圈的磁通發生變化 ， 直接影響輸出電勢 。適當選擇頻率 ， 頻率波動的影響不大 。 （ 2） 溫度變化的影響 環境溫度的變化 ， 引起線圈及導磁體磁導率變化 ， 產生溫度漂移 。 當線圈品質因數較低時 ， 影響更為嚴重 。 （ 3） 零點殘余電壓的影響 實際上 ， 當使用橋式電路時在零點有從零點幾 mV到數十 mV的殘余電壓 。 物理科學與技術學院 王殿生 制作 EXIT 《 傳感器原理及應用 》 一、螺線管式差動變壓器 二、變隙式差動變壓器 三 、 差動變壓器式傳感器測量電路 16