變磁阻式傳感器PPT課件課件

1、第三章變磁阻式傳感器 3.1 3.1 自感式傳感器自感式傳感器 3.2 3.2 變壓器式傳感器變壓器式傳感器 3.3 3.3 電渦流式傳感器電渦流式傳感器 變磁阻式傳感器是利用被測(cè)量的變化使線圈電變磁阻式傳感器是利用被測(cè)量的變化使線圈電感量發(fā)生改變這一物理現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。感量發(fā)生改變這一物理現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。 變磁阻式傳感器分為自感式傳感器、變壓器式變磁阻式傳感器分為自感式傳感器、變壓器式傳感器、電渦流傳感器，其中自感式傳感器、互傳感器、電渦流傳感器，其中自感式傳感器、互感式傳感器統(tǒng)稱為電感式傳感器。感式傳感器統(tǒng)稱為電感式傳感器。 變磁阻式傳感器測(cè)量物理量主要有：壓力、位變磁阻式傳感器測(cè)量物理量

2、主要有：壓力、位移、加速度、轉(zhuǎn)速、探傷、測(cè)溫、厚度等。移、加速度、轉(zhuǎn)速、探傷、測(cè)溫、厚度等。3.1 3.1 自感式傳感器自感式傳感器 自感式傳感器主要有基本自感式傳感器、差動(dòng)變間隙式傳自感式傳感器主要有基本自感式傳感器、差動(dòng)變間隙式傳感器、螺管型電感式傳感器感器、螺管型電感式傳感器3.1.1 3.1.1 基本自感式傳感器基本自感式傳感器 1.1.工作原理工作原理 基本變間隙自感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵組成基本變間隙自感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵組成，結(jié)構(gòu)如圖，結(jié)構(gòu)如圖3.13.1所示。所示。 工作原理：工作時(shí)銜鐵與被測(cè)物體連接，被測(cè)物體的工作原理：工作時(shí)銜鐵與被測(cè)物體連接，被測(cè)物體的位移將引

3、起空氣間隙的長(zhǎng)度變化，由于氣隙磁阻的變化，位移將引起空氣間隙的長(zhǎng)度變化，由于氣隙磁阻的變化，導(dǎo)致線圈電感量的變化，從而達(dá)到測(cè)量目的。導(dǎo)致線圈電感量的變化，從而達(dá)到測(cè)量目的。 P44 P44圖圖3.1 3.1 變間隙自感式傳感器變間隙自感式傳感器 補(bǔ)充：補(bǔ)充： 1 1） 線圈電感量的計(jì)算：線圈電感量的計(jì)算：L= NL= N2 2/Rm/Rm Rm=2/ Rm=2/0 0.S .S 0 0=4=41010-7-7H/mH/m為空氣磁導(dǎo)率為空氣磁導(dǎo)率 L= NL= N2 20 0.S/2.S/2 N N 為線圈匝數(shù)為線圈匝數(shù) Rm Rm 為磁路總磁阻，由鐵芯、銜鐵、空氣間為磁路總磁阻，由鐵芯、銜鐵、

4、空氣間隙三部分的磁阻組成隙三部分的磁阻組成, ,但鐵芯、銜鐵磁阻很小，主要由空但鐵芯、銜鐵磁阻很小，主要由空氣間隙部分的磁阻構(gòu)成。氣間隙部分的磁阻構(gòu)成。 為空氣間隙長(zhǎng)度為空氣間隙長(zhǎng)度 S S為鐵芯與銜鐵之間的空氣間隙的相對(duì)面積為鐵芯與銜鐵之間的空氣間隙的相對(duì)面積 2 2）線圈電阻值的計(jì)算：）線圈電阻值的計(jì)算： Rc=4. Rc=4.N.Lcp/.dN.Lcp/.d2 2 Lcp Lcp為鐵芯截面、線圈截面平均值線圈長(zhǎng)度為鐵芯截面、線圈截面平均值線圈長(zhǎng)度 為線圈電阻率為線圈電阻率 d d為線圈直徑為線圈直徑 3 3）線圈品質(zhì)因素）線圈品質(zhì)因素Q Q：表示線圈質(zhì)量的一個(gè)物理量，：表示線圈質(zhì)量的一個(gè)

5、物理量，為感抗為感抗XLXL與其等效電阻的比值。與其等效電阻的比值。 Q=XL/ Rc=Q=XL/ Rc=.L/ Rc=2. .f.L/ Rc.L/ Rc=2. .f.L/ Rc 電感式傳感器又可分為變氣隙長(zhǎng)度的傳感電感式傳感器又可分為變氣隙長(zhǎng)度的傳感器和變氣隙面積的傳感器。前者常用于測(cè)量直線器和變氣隙面積的傳感器。前者常用于測(cè)量直線位移，后者常用于測(cè)量角位移。位移，后者常用于測(cè)量角位移。 2 2靈敏度靈敏度 變間隙式電感傳感器用于測(cè)量微小位移時(shí)是變間隙式電感傳感器用于測(cè)量微小位移時(shí)是比較準(zhǔn)確的。比較準(zhǔn)確的。 設(shè)傳感器的初始間隙長(zhǎng)度為設(shè)傳感器的初始間隙長(zhǎng)度為0 0，面積為，面積為S S0 0，

6、當(dāng)銜鐵上移當(dāng)銜鐵上移時(shí)，傳感器氣隙長(zhǎng)度減小時(shí)，傳感器氣隙長(zhǎng)度減小，即即=0-=0-，則此時(shí)輸出電感為：，則此時(shí)輸出電感為： L=L0+L= N L=L0+L= N2 20. S0. S0 0/2.( /2.( 0 0-) -) = L0/(1-/ = L0/(1-/0 0) ) 按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)成級(jí)數(shù)形式，按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)成級(jí)數(shù)形式，/0/01 1時(shí)得時(shí)得: : L= L0.L= L0. /0/0 靈敏度靈敏度K K為為 K=1/0K=1/0 0 0初始間隙越小，靈敏度越高；但初始間隙越小，靈敏度越高；但00越小，越小，/0/01 1不易滿足，線形度差。不易滿足，線形度差。 為了減小非線性誤差，實(shí)

7、際測(cè)量中廣泛采用差動(dòng)為了減小非線性誤差，實(shí)際測(cè)量中廣泛采用差動(dòng)變間隙式電感傳感器。變間隙式電感傳感器。 3.1.2 3.1.2 差動(dòng)變間隙式傳感器差動(dòng)變間隙式傳感器 差動(dòng)變間隙式電感傳感器采用兩個(gè)相同的傳感器共用差動(dòng)變間隙式電感傳感器采用兩個(gè)相同的傳感器共用一個(gè)銜鐵組成。電感相對(duì)變化量的靈敏度一個(gè)銜鐵組成。電感相對(duì)變化量的靈敏度K K為為 K=2/0 K=2/0 P45 P45 圖圖3.2 3.2 差動(dòng)變間隙式電感傳感器差動(dòng)變間隙式電感傳感器 單線圈式和差動(dòng)式兩種變間隙式電感傳感器單線圈式和差動(dòng)式兩種變間隙式電感傳感器的特性比較：的特性比較： 優(yōu)點(diǎn)有：優(yōu)點(diǎn)有： A A差動(dòng)式比單線圈式的靈敏度高

8、一倍；差動(dòng)式比單線圈式的靈敏度高一倍； B B差動(dòng)式的非線性項(xiàng)等于單線圈非線性項(xiàng)差動(dòng)式的非線性項(xiàng)等于單線圈非線性項(xiàng)乘以因子，所以，差動(dòng)式的線性度得到明顯改善乘以因子，所以，差動(dòng)式的線性度得到明顯改善； C C 溫度變化，電源波動(dòng)，外界干擾等對(duì)傳溫度變化，電源波動(dòng)，外界干擾等對(duì)傳感器的影響，由于能夠相互抵消而減小；感器的影響，由于能夠相互抵消而減?。?D D 電磁吸力對(duì)測(cè)力變化的影響也由于能夠電磁吸力對(duì)測(cè)力變化的影響也由于能夠相互抵消而減小。相互抵消而減小。 缺點(diǎn)有：缺點(diǎn)有： A A 非線形嚴(yán)重，為了限制非線形誤差非線形嚴(yán)重，為了限制非線形誤差，示值范圍只能很?。?，示值范圍只能很小； B B 它

9、的自由行程小，因銜鐵在運(yùn)動(dòng)方它的自由行程小，因銜鐵在運(yùn)動(dòng)方向上受到鐵芯限制；向上受到鐵芯限制； C C 制造裝配困難。制造裝配困難。3.1.3螺管型電感式傳感器螺管型電感式傳感器 螺管型電感式傳感器由線圈、銜鐵和磁性螺管型電感式傳感器由線圈、銜鐵和磁性導(dǎo)筒組成，靈敏度較低，但量程大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，導(dǎo)筒組成，靈敏度較低，但量程大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制作和批量生產(chǎn)，是目前使用最廣泛的一種易于制作和批量生產(chǎn)，是目前使用最廣泛的一種電感式傳感器。電感式傳感器。 螺管型電感式傳感器的銜鐵隨被測(cè)對(duì)象移螺管型電感式傳感器的銜鐵隨被測(cè)對(duì)象移動(dòng)，線圈磁力線路徑上的磁阻發(fā)生變化，線圈電動(dòng)，線圈磁力線路徑上的磁阻發(fā)生變化，

10、線圈電感量也因此而變化，線圈電感量的大小與銜鐵位感量也因此而變化，線圈電感量的大小與銜鐵位置有關(guān)。置有關(guān)。 P46 P46 圖圖3.3 3.3 螺管型電感式傳感器螺管型電感式傳感器 L=(42NL=(42N2 2/l/l2 2) ) (lr(lr2 2+(m-1).+(m-1). x.ra2 2) l l為線圈長(zhǎng)度為線圈長(zhǎng)度 r 為線圈平均半徑為線圈平均半徑 N N為線圈匝數(shù)為線圈匝數(shù) x為銜鐵進(jìn)入線圈的長(zhǎng)為銜鐵進(jìn)入線圈的長(zhǎng)度度 Ra為銜鐵的半徑，為銜鐵的半徑，mm為鐵芯的有效磁導(dǎo)率為鐵芯的有效磁導(dǎo)率 3.1.4 3.1.4 測(cè)量電路測(cè)量電路 有交流電橋式、交流變壓器式、諧振式，其中有交流電橋

11、式、交流變壓器式、諧振式，其中交流電橋式是電感式傳感器的主要測(cè)量電路。交流電橋式是電感式傳感器的主要測(cè)量電路。 電阻平衡臂電橋（電阻平衡臂電橋（P46P46圖中圖中Z1Z1與與Z4Z4對(duì)調(diào)才對(duì)）：對(duì)調(diào)才對(duì)）： 把傳感器的兩個(gè)線圈作為電橋的兩個(gè)橋臂把傳感器的兩個(gè)線圈作為電橋的兩個(gè)橋臂Z1Z1和和Z2Z2，另外兩個(gè)相鄰橋臂用純電阻代替，即，另外兩個(gè)相鄰橋臂用純電阻代替，即Z3=Z4=RZ3=Z4=R；其作用是將線圈電感的變化轉(zhuǎn)換成電橋電路的電壓其作用是將線圈電感的變化轉(zhuǎn)換成電橋電路的電壓或電流輸出?；螂娏鬏敵觥?U0= U0= （Z1/Z1/（Z1+Z2Z1+Z2）-Z3/-Z3/（Z3+Z4Z3

12、+Z4）* *UsUs P46 P46圖圖3.4 3.4 電阻平衡臂電橋電路電阻平衡臂電橋電路 Z1,Z4 Z1,Z4應(yīng)對(duì)調(diào)應(yīng)對(duì)調(diào) 當(dāng)銜鐵在中間位置時(shí)，電當(dāng)銜鐵在中間位置時(shí)，電橋平衡，橋平衡，Z1=Z2=Z0=J.Z1=Z2=Z0=J. .L0 Z1-Z2=0Z1-Z2=0當(dāng)銜鐵偏離中間位置時(shí)，兩當(dāng)銜鐵偏離中間位置時(shí)，兩邊氣隙不等，兩只電感線圈邊氣隙不等，兩只電感線圈一增一減，電橋失去平衡。一增一減，電橋失去平衡。 K=(Us/2).(1/0)K=(Us/2).(1/0) K0U K K 稱為差動(dòng)電感傳感器連成四臂電橋的靈敏度。稱為差動(dòng)電感傳感器連成四臂電橋的靈敏度。 K K的物理意義是：銜鐵

13、單位移動(dòng)量引起的電橋輸出電壓。的物理意義是：銜鐵單位移動(dòng)量引起的電橋輸出電壓。K K值越大，靈敏度越高。值越大，靈敏度越高。 從上式中看出：從上式中看出： A KA K值與電橋的電源電壓值與電橋的電源電壓UsUs、初始?xì)庀?、初始?xì)庀?0有關(guān)，提高電有關(guān)，提高電橋的電壓、減小初始?xì)庀?，可以提高靈敏度。橋的電壓、減小初始?xì)庀叮梢蕴岣哽`敏度。 B B 電橋輸出電壓的幅值大小銜鐵移動(dòng)量的大小成比例，電橋輸出電壓的幅值大小銜鐵移動(dòng)量的大小成比例，其相位則與銜鐵的移動(dòng)方向有關(guān)。假定向上移動(dòng)時(shí)輸出電其相位則與銜鐵的移動(dòng)方向有關(guān)。假定向上移動(dòng)時(shí)輸出電壓為正，則向下移動(dòng)時(shí)相位將反向壓為正，則向下移動(dòng)時(shí)相位將反

14、向18001800為負(fù)。測(cè)量出電壓為負(fù)。測(cè)量出電壓的大小和相位，就確定銜鐵位移量的大小和方向。的大小和相位，就確定銜鐵位移量的大小和方向。交流變壓器式電橋交流變壓器式電橋U0=U.Z1/(Z1+Z2)-U/2=U.(Z1-Z2)/(Z1+Z2)U0=U.Z1/(Z1+Z2)-U/2=U.(Z1-Z2)/(Z1+Z2) 傳感器銜鐵在中間位置時(shí)，傳感器銜鐵在中間位置時(shí)，Z1=Z2=ZZ1=Z2=Z，U0=0U0=0 傳感器銜鐵偏離中間位置時(shí)：傳感器銜鐵偏離中間位置時(shí)： P47P47圖圖3.5 3.5 變壓器式交流電橋測(cè)量電路變壓器式交流電橋測(cè)量電路 銜鐵上移時(shí)，銜鐵上移時(shí)，Z1=Z+Z1=Z+Z

15、Z，Z2=Z-Z2=Z-Z Z U0= U0= U/2U/2 *L/2 銜鐵下移時(shí)，銜鐵下移時(shí)，Z1=Z-Z1=Z-Z Z，Z2=Z+Z2=Z+Z Z U0=U0= -U/2U/2 *L/2由于輸出由于輸出U Uo o是交流電壓，輸出指示無(wú)法判斷位移方是交流電壓，輸出指示無(wú)法判斷位移方向，必須配合相敏檢波電路來(lái)解決。向，必須配合相敏檢波電路來(lái)解決。 3.調(diào)幅電路調(diào)幅電路 Z Z為傳感器線圈，為傳感器線圈，E E為激勵(lì)電源。為激勵(lì)電源。 當(dāng)傳感器線圈電感量發(fā)生變化時(shí)，諧振曲當(dāng)傳感器線圈電感量發(fā)生變化時(shí)，諧振曲線將左右移動(dòng)，工作點(diǎn)就在激勵(lì)電源頻率的縱坐線將左右移動(dòng)，工作點(diǎn)就在激勵(lì)電源頻率的縱坐標(biāo)直

16、線上移動(dòng)（如標(biāo)直線上移動(dòng)（如A A移至移至B B點(diǎn)），于是輸出電壓的點(diǎn)），于是輸出電壓的幅值就發(fā)生相應(yīng)的變化，這種電路靈敏度很高，幅值就發(fā)生相應(yīng)的變化，這種電路靈敏度很高，但非線形嚴(yán)重，常與單線圈自感式傳感器配合，但非線形嚴(yán)重，常與單線圈自感式傳感器配合，用于測(cè)量范圍小或線形度要求不高的場(chǎng)合。用于測(cè)量范圍小或線形度要求不高的場(chǎng)合。 P48 P48 圖圖3.6 3.6 諧振電路諧振電路 4.4.調(diào)頻電路調(diào)頻電路 L L為傳感器電感，為傳感器電感，C C為電容，共同接入一個(gè)振蕩為電容，共同接入一個(gè)振蕩回路中?；芈分小?調(diào)頻電路的基本原理是傳感器電感調(diào)頻電路的基本原理是傳感器電感L L變化將變化將引

17、起輸出電壓頻率的變化，根據(jù)引起輸出電壓頻率的變化，根據(jù)f f的大小即可測(cè)的大小即可測(cè)出被測(cè)量的值。出被測(cè)量的值。 P48 P48 圖圖3.7 3.7 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 3.2 3.2 變壓器式傳感器變壓器式傳感器 變壓器式傳感器，也叫差動(dòng)變壓器式傳感器，它是根據(jù)變壓器式傳感器，也叫差動(dòng)變壓器式傳感器，它是根據(jù)變壓器基本原理，把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈間互變壓器基本原理，把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈間互感量的變化。感量的變化。 變壓器式傳感器與變壓器的區(qū)別是：變壓器式傳感器與變壓器的區(qū)別是：變壓器為閉合磁路，而變壓器式傳感器為開(kāi)磁路；變壓器為閉合磁路，而變壓器式傳感器為開(kāi)磁路；變壓器初、次級(jí)線

18、圈間的互感為常數(shù)，而變壓器式傳感器初變壓器初、次級(jí)線圈間的互感為常數(shù)，而變壓器式傳感器初、次級(jí)線圈間的互感隨銜鐵移動(dòng)而變，且兩個(gè)次級(jí)繞組、次級(jí)線圈間的互感隨銜鐵移動(dòng)而變，且兩個(gè)次級(jí)繞組按差動(dòng)方式工作。按差動(dòng)方式工作。 變壓器式傳感器結(jié)構(gòu)形式很多，主要有變間隙式、變面變壓器式傳感器結(jié)構(gòu)形式很多，主要有變間隙式、變面積式和螺線管式，其中螺線管式傳感器使用最多，測(cè)量積式和螺線管式，其中螺線管式傳感器使用最多，測(cè)量范圍為范圍為1100mm1100mm，其特點(diǎn)是測(cè)量精度高、靈敏度高、結(jié)，其特點(diǎn)是測(cè)量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠。構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠。 3.2.1 3.2.1 螺線管式差動(dòng)變壓器螺線管

19、式差動(dòng)變壓器 螺線管式差動(dòng)變壓器由一個(gè)初級(jí)線圈、兩個(gè)次級(jí)線螺線管式差動(dòng)變壓器由一個(gè)初級(jí)線圈、兩個(gè)次級(jí)線圈和插入線圈中央的圓柱形鐵芯等組成。圈和插入線圈中央的圓柱形鐵芯等組成。 等效電路如圖等效電路如圖3.93.9所示，其中所示，其中U1U1、I1I1為初為初級(jí)線圈激勵(lì)電壓與電流（頻率為級(jí)線圈激勵(lì)電壓與電流（頻率為w w ）；）；L1L1、R1R1為為初級(jí)線圈電感與電阻；初級(jí)線圈電感與電阻；M1M1、M2M2分別為初級(jí)線圈與分別為初級(jí)線圈與次級(jí)線圈次級(jí)線圈1 1、2 2間的互感；間的互感；L21L21、L22L22和和R21R21、R22R22分分別為兩個(gè)次級(jí)線圈的電感和電阻。別為兩個(gè)次級(jí)線圈的

20、電感和電阻。 在負(fù)載開(kāi)路情況下，輸出電壓為在負(fù)載開(kāi)路情況下，輸出電壓為 U2=2jw U2=2jwM M* *U1/(R1+jwL1)U1/(R1+jwL1) P49P49圖圖3.8 3.8 螺線管式差動(dòng)變壓器螺線管式差動(dòng)變壓器 P49P49圖圖3.9 3.9 等效電路等效電路 由于在一定的范圍內(nèi)，互感的變化由于在一定的范圍內(nèi)，互感的變化M M與位移與位移x x成正比，所以成正比，所以U2U2的變化與位移的變化成正比。的變化與位移的變化成正比。 實(shí)際上，當(dāng)銜鐵位于中心位置時(shí)，差動(dòng)變壓器實(shí)際上，當(dāng)銜鐵位于中心位置時(shí)，差動(dòng)變壓器的輸出電壓并不等于零，通常把差動(dòng)變壓器在零的輸出電壓并不等于零，通常把

21、差動(dòng)變壓器在零位移時(shí)的輸出電壓稱為位移時(shí)的輸出電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓零點(diǎn)殘余電壓。它的存在。它的存在使傳感器的輸出特性曲線不過(guò)零點(diǎn)，造成實(shí)際特使傳感器的輸出特性曲線不過(guò)零點(diǎn)，造成實(shí)際特性與理論特性不完全一致。特性曲線如圖性與理論特性不完全一致。特性曲線如圖3.103.10所所示。示。 P50 P50圖圖3.10 3.10 零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì) 零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)使得傳感器在零點(diǎn)附近的輸出特零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)使得傳感器在零點(diǎn)附近的輸出特性不靈敏，為測(cè)量帶來(lái)誤差。性不靈敏，為測(cè)量帶來(lái)誤差。零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因：零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因： 差動(dòng)式電感傳感器的電氣參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸不可能差動(dòng)式電感傳感器的電

22、氣參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸不可能完全對(duì)稱；完全對(duì)稱； 傳感器具有鐵損即磁化曲線的非線形；傳感器具有鐵損即磁化曲線的非線形； 電源電壓中含有高次諧波；電源電壓中含有高次諧波； 線圈具有寄生電容，線圈與外殼、鐵芯間有分布線圈具有寄生電容，線圈與外殼、鐵芯間有分布電容。電容。 為了減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)，可采用以下方法：為了減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)，可采用以下方法： 1.1.盡可能保證傳感器尺寸、線圈電氣參數(shù)和磁盡可能保證傳感器尺寸、線圈電氣參數(shù)和磁路對(duì)稱。路對(duì)稱。 2.2.減小電源中的諧波成分，減小電感傳感器的減小電源中的諧波成分，減小電感傳感器的激磁電流，使之工作在磁化曲線的線性段。激磁電流，使之工作在磁化曲線的線

23、性段。 3.3.注意利用外殼進(jìn)行電磁屏蔽；注意利用外殼進(jìn)行電磁屏蔽； 4.4.采用補(bǔ)償電路：采用補(bǔ)償電路：A A串聯(lián)電阻消除零位電壓；串聯(lián)電阻消除零位電壓；B B并聯(lián)電阻消除高次諧波零位電壓；并聯(lián)電阻消除高次諧波零位電壓；C C并聯(lián)電容消并聯(lián)電容消除基波正交分量或高次諧波分量。除基波正交分量或高次諧波分量。3.2.2 3.2.2 變間隙式差動(dòng)變壓器傳感器變間隙式差動(dòng)變壓器傳感器 由差動(dòng)變壓器的特性可知，差動(dòng)變壓器的由差動(dòng)變壓器的特性可知，差動(dòng)變壓器的輸出與初級(jí)線圈對(duì)兩個(gè)次級(jí)線圈的互感之差有關(guān)輸出與初級(jí)線圈對(duì)兩個(gè)次級(jí)線圈的互感之差有關(guān)。結(jié)構(gòu)形式不同，互感的計(jì)算方法就有所不同。結(jié)構(gòu)形式不同，互感的

24、計(jì)算方法就有所不同。型差動(dòng)變壓器的輸出特性為型差動(dòng)變壓器的輸出特性為 U0=-U*N2*/(N/(N1 1 *0)0) P50 P50 圖圖3.11 3.11 變間隙式變間隙式 輸出電壓輸出電壓U Uo o與銜鐵位移與銜鐵位移 成比例。式中負(fù)號(hào)成比例。式中負(fù)號(hào)表明表明 向上為正時(shí)，輸出電壓與電源電壓反相向上為正時(shí)，輸出電壓與電源電壓反相； 向下為負(fù)時(shí)，兩者同相。向下為負(fù)時(shí)，兩者同相。 型差動(dòng)變壓器傳感器的靈敏度表達(dá)式為型差動(dòng)變壓器傳感器的靈敏度表達(dá)式為 K=U0/ K=U0/ =U=U* *N2/0N2/0* *N1N1 從上式看出：傳感器的靈敏度隨電源電壓從上式看出：傳感器的靈敏度隨電源電壓

25、U U的增大的增大而提高，但而提高，但U U過(guò)大，易造成傳感器發(fā)熱而影響穩(wěn)定過(guò)大，易造成傳感器發(fā)熱而影響穩(wěn)定性，還可能出現(xiàn)磁飽和；增加次級(jí)匝數(shù)性，還可能出現(xiàn)磁飽和；增加次級(jí)匝數(shù)N2N2可提高可提高靈敏度，但靈敏度，但N2N2過(guò)大，會(huì)使傳感器體積變大，且使過(guò)大，會(huì)使傳感器體積變大，且使零位電壓增大。零位電壓增大。 3.2.3 3.2.3 測(cè)量電路測(cè)量電路 1 1差動(dòng)整流電路差動(dòng)整流電路P51P51 圖圖3.123.12所示為典型的差動(dòng)全波整流電壓輸所示為典型的差動(dòng)全波整流電壓輸出電路。這種電路把差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)輸出出電路。這種電路把差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)輸出電壓分別全波整流，然后將整流電壓的差

26、值作為電壓分別全波整流，然后將整流電壓的差值作為輸出，電阻輸出，電阻R0R0用于調(diào)整零點(diǎn)殘余電壓。用于調(diào)整零點(diǎn)殘余電壓。 圖圖3.133.13所示為差動(dòng)全波整流電壓輸出波形所示為差動(dòng)全波整流電壓輸出波形。 P51P51圖圖3.12 3.12 差動(dòng)整流電路圖差動(dòng)整流電路圖 P51 P51 圖圖3.13 3.13 差動(dòng)整流波形差動(dòng)整流波形A A當(dāng)銜鐵在零位時(shí)，當(dāng)銜鐵在零位時(shí)，Uab=Ucd Uab=Ucd U12=U34 U0=U12-U34=0 U12=U34 U0=U12-U34=0B B當(dāng)銜鐵向上移動(dòng)時(shí)，當(dāng)銜鐵向上移動(dòng)時(shí)，UabUabUcd Ucd U12 U12U34 U0=U12-U34

27、U34 U0=U12-U340 0C C當(dāng)銜鐵向下移動(dòng)時(shí)，當(dāng)銜鐵向下移動(dòng)時(shí)，UabUabUcd Ucd U12 U12U34 U0=U12-U34U34 U0=U12-U340 0 銜鐵在移動(dòng)方向的位移越大，銜鐵在移動(dòng)方向的位移越大，U0U0的輸出電壓越大；的輸出電壓越大；U0U0的大小反映位移的大小，的大小反映位移的大小，U0U0的正負(fù)反映位移的方向。的正負(fù)反映位移的方向。2 2相敏檢波電路相敏檢波電路P52P52 P52P52圖圖3.14 3.14 二極管相敏檢波電路二極管相敏檢波電路 u u0 0與與u u1 1同頻同相，同頻同相，u u2 2為傳感器輸出電壓。為傳感器輸出電壓。u u0

28、 0為調(diào)為調(diào)制電壓，制電壓，u u0 0，u u2 2均由均由u u1 1供電。供電。相敏檢波電路工作原理如下：相敏檢波電路工作原理如下：1 1）傳感器銜鐵上移時(shí)，）傳感器銜鐵上移時(shí)，x x0, u20, u2與與u1u1同相：同相：u u0 0處于正半周時(shí)，處于正半周時(shí)，VD2VD2、VD3VD3導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD1VD1、VD4VD4截止，截止，形成兩條電流通路，等效電路如圖形成兩條電流通路，等效電路如圖3.153.15所示。電所示。電流通路流通路1 1為為 u01C VD2 B u22+ u22- RL u01-電流通路電流通路2 2為為 u02+ u02+ RL u21+ u21- B

29、VD3 D u02- 當(dāng)當(dāng)u u2 2與與u u0 0同處于負(fù)半周時(shí)，同處于負(fù)半周時(shí)，VD1VD1、VD4VD4導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD2VD2、VD3VD3截截止，同樣有兩條電流通路，等效電路如圖止，同樣有兩條電流通路，等效電路如圖3.163.16所示。電流所示。電流通路通路1 1為為 u01+ RL u21+ u21- A R VD1 C u01-電流通路電流通路2 2為為u02+ u02+ D R VD4 A u21- u21+ RL u02- P52P52圖圖3.15 3.15 等效電路等效電路 P52 P52 圖圖3.16 3.16 等效電路等效電路 u 01u 01與與u 02u 02是由

30、同一變壓器提供且大小相等，所是由同一變壓器提供且大小相等，所產(chǎn)生電流互相抵消，所以，負(fù)載產(chǎn)生電流互相抵消，所以，負(fù)載RLRL中電壓由中電壓由u2 1u2 1、u2 2u2 2決定。傳感器銜鐵上移決定。傳感器銜鐵上移 uL=RL*u2/n1(R+2RL)2 2）傳感器銜鐵下移時(shí)，）傳感器銜鐵下移時(shí)，x x0, u20, u2與與u1u1反相：反相： 傳感器銜鐵下移傳感器銜鐵下移 uL=-RL*u2/n1(R+2RL3.3 3.3 電渦流傳感器電渦流傳感器 3.3.1 3.3.1 電渦流傳感器的工作原理電渦流傳感器的工作原理 金屬導(dǎo)體被置于變化著的磁場(chǎng)中，或在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)金屬導(dǎo)體被置于變化著的磁場(chǎng)中

31、，或在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流被稱為電渦流或，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流被稱為電渦流或渦流，這種現(xiàn)象被稱為渦流效應(yīng)。渦流，這種現(xiàn)象被稱為渦流效應(yīng)。 一般地，線圈電感量的變化與導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)一般地，線圈電感量的變化與導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)、激勵(lì)電流頻率，以及線率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)、激勵(lì)電流頻率，以及線圈與被測(cè)導(dǎo)體之間的距離有關(guān)。如果控制上述參數(shù)中的一圈與被測(cè)導(dǎo)體之間的距離有關(guān)。如果控制上述參數(shù)中的一個(gè)參數(shù)改變，而其余參數(shù)恒定不變，則電感量就成為此參個(gè)參數(shù)改變，而其余參數(shù)恒定不變，則電感量就成為此參數(shù)的單值函數(shù)。如只改變線圈與金屬導(dǎo)

32、體間的距離，則電數(shù)的單值函數(shù)。如只改變線圈與金屬導(dǎo)體間的距離，則電感量的變化即可反映出這二者之間的距離大小變化。感量的變化即可反映出這二者之間的距離大小變化。 P53 P53圖圖3.17 3.17 電渦流傳感器的工作原理電渦流傳感器的工作原理3.3.2 3.3.2 電渦流傳感器種類電渦流傳感器種類 1 1高頻反射式電渦流傳感器高頻反射式電渦流傳感器 由一個(gè)扁平線圈固定在框架上構(gòu)成。由一個(gè)扁平線圈固定在框架上構(gòu)成。 電渦流傳感器的線圈與被測(cè)金屬導(dǎo)體間是磁性耦合，電渦流傳感電渦流傳感器的線圈與被測(cè)金屬導(dǎo)體間是磁性耦合，電渦流傳感器是利用這種耦合程度的變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。器是利用這種耦合程度的變化來(lái)進(jìn)

33、行測(cè)量的。 被測(cè)物體的電導(dǎo)率越高，靈敏度也越高；磁導(dǎo)率則相反，當(dāng)被測(cè)被測(cè)物體的電導(dǎo)率越高，靈敏度也越高；磁導(dǎo)率則相反，當(dāng)被測(cè)物體有剩磁將影響測(cè)量結(jié)果，因此應(yīng)予消磁。物體有剩磁將影響測(cè)量結(jié)果，因此應(yīng)予消磁。 被測(cè)體的大小與形狀也與靈敏度密切相關(guān)：被測(cè)體的大小與形狀也與靈敏度密切相關(guān)：被測(cè)體為平面，其直徑應(yīng)不小于線圈直徑的被測(cè)體為平面，其直徑應(yīng)不小于線圈直徑的1.81.8倍。被測(cè)體直徑為線圈直倍。被測(cè)體直徑為線圈直徑的一半時(shí)，靈敏度減小一半；被測(cè)體的直徑更小則靈敏度下降更徑的一半時(shí)，靈敏度減小一半；被測(cè)體的直徑更小則靈敏度下降更嚴(yán)重。嚴(yán)重。被測(cè)體為圓柱形，只有圓柱形直徑為線圈直徑的被測(cè)體為圓柱形，

34、只有圓柱形直徑為線圈直徑的3.53.5倍以上，不影響測(cè)量倍以上，不影響測(cè)量結(jié)果；兩者相等時(shí)，靈敏度降低為結(jié)果；兩者相等時(shí)，靈敏度降低為70%70%左右。左右。被測(cè)體厚度要求大于被測(cè)體厚度要求大于0.2mm0.2mm才不影響結(jié)果。才不影響結(jié)果。 P54 P54 圖圖3.18 3.18 高頻反射式電渦流傳感器高頻反射式電渦流傳感器 P54 P54 圖圖3.19 3.19 低頻透射式電渦流傳感器低頻透射式電渦流傳感器 2 2低頻透射式電渦流傳感器低頻透射式電渦流傳感器 低頻透射式與高頻反射式區(qū)別在于它采用低頻激勵(lì)，貫穿低頻透射式與高頻反射式區(qū)別在于它采用低頻激勵(lì)，貫穿深度大，適用于測(cè)量金屬材料的厚度

35、。深度大，適用于測(cè)量金屬材料的厚度。 低頻透射式電渦流傳感器有兩個(gè)線圈，一個(gè)是發(fā)射線圈低頻透射式電渦流傳感器有兩個(gè)線圈，一個(gè)是發(fā)射線圈L1L1，在其上加入電壓產(chǎn)生磁場(chǎng)；另一個(gè)是接收線圈，在其上加入電壓產(chǎn)生磁場(chǎng)；另一個(gè)是接收線圈L2L2，用以，用以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。它們分別位于被測(cè)材料的上下方。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。它們分別位于被測(cè)材料的上下方。 由于金屬板中產(chǎn)生渦流的大小與金屬板的厚度有關(guān)，金由于金屬板中產(chǎn)生渦流的大小與金屬板的厚度有關(guān)，金屬板越厚，則板內(nèi)產(chǎn)生的渦流越大，削弱的磁力線越多，屬板越厚，則板內(nèi)產(chǎn)生的渦流越大，削弱的磁力線越多，接收線圈中產(chǎn)生的電勢(shì)也越小。因此，可根據(jù)接收線圈輸接收線圈中產(chǎn)生的電勢(shì)也

36、越小。因此，可根據(jù)接收線圈輸出電壓的大小，確定金屬板的厚度。出電壓的大小，確定金屬板的厚度。 3.3.3 3.3.3 測(cè)量電路測(cè)量電路 1 1載波頻率改變的調(diào)幅調(diào)頻式載波頻率改變的調(diào)幅調(diào)頻式 測(cè)量電路由測(cè)量電路由3 3個(gè)部分組成：電容三點(diǎn)式振蕩器個(gè)部分組成：電容三點(diǎn)式振蕩器、檢波器和射極跟隨器。、檢波器和射極跟隨器。 P55 P55 圖圖3.20 3.20 調(diào)頻調(diào)幅式測(cè)量電路調(diào)頻調(diào)幅式測(cè)量電路 2 2調(diào)頻式測(cè)量電路調(diào)頻式測(cè)量電路 P56 P56 圖圖3.22 3.22 調(diào)頻式測(cè)量電路調(diào)頻式測(cè)量電路 3 3電橋電路電橋電路 P57 P57 圖圖3.23 3.23 電橋法原理圖電橋法原理圖 3.4 3.4 變磁阻式傳感器的應(yīng)用變磁阻式傳感器的應(yīng)用P57P573.4.1 3.4.1 自感式傳感器的應(yīng)用自感式傳感器的應(yīng)用 1 1壓力測(cè)量壓力測(cè)量 P57 P57 圖圖3.24 3.24 變間隙式差動(dòng)電感壓力傳感器變間隙式差動(dòng)電感壓力傳感器 2 2位移測(cè)量位移測(cè)量 11引線；引線；22線圈；線圈；33銜鐵；銜鐵；44測(cè)力彈簧；測(cè)力彈簧；55導(dǎo)桿；導(dǎo)桿；66測(cè)端測(cè)端 P58 P58圖圖3.25 3.25 電感測(cè)微儀