感測(cè)技術(shù)--ch5-2

1、第二部分第二部分 電感式傳感器電感式傳感器電感式傳感器電感式傳感器 利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量如位移、壓力、流量、 振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈自感量L或互感量M的變化, 再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出, 這種裝置稱為電感式傳感器。 電感式傳感器有自感式、互感式和電渦流式三種 本節(jié)主要介紹互感式電感式傳感器。 電感式傳感器能實(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(dòng)控制系統(tǒng)中被廣泛采用。 一、互感式傳感器（差動(dòng)變壓器式傳感器）工作原理互感式傳感器（差動(dòng)變壓器式傳感器）工作原理 把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感量變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的, 并

2、且次級(jí)繞組都用差動(dòng)形式連接, 故稱差動(dòng)變壓器式傳感器。 差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式較多, 有變隙式、 變面積式和螺線管式等, 但其工作原理基本一樣。非電量測(cè)量中, 應(yīng)用最多的是螺線管式差動(dòng)變壓器, 它可以測(cè)量1100mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移, 并具有測(cè)量精度高, 靈敏度高, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。 一個(gè)初級(jí)線圈加交流激勵(lì)，兩個(gè)二次線圈對(duì)稱差動(dòng)連接。被測(cè)量帶動(dòng)銜鐵上下移動(dòng)。它由初級(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。轉(zhuǎn)換電路和傳感器的靈敏度 傳感器實(shí)現(xiàn)了把被測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)樽愿泻突ジ辛康淖兓?，如何將電感值隨外作用的變化轉(zhuǎn)換成可用的電信號(hào)？原則上講可將互感的變化轉(zhuǎn)換成電壓（電流）的幅值、頻率

3、、相位的變化，他們分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相電路。 差動(dòng)變壓器的三種轉(zhuǎn)換電路差動(dòng)變壓器的三種轉(zhuǎn)換電路 1. 變壓器式交流電橋變壓器式交流電橋變壓器式交流電橋測(cè)量電路如圖所示, 電橋兩臂Z1、 Z2為傳感器線圈阻抗, 另外兩橋臂為交流變壓器次級(jí)線圈的 1/2 阻抗。當(dāng)負(fù)截阻抗為無窮大時(shí), 橋路輸出電壓1120121222Z UZZUUUZZZZ 當(dāng)傳感器的銜鐵處于中間位置, 即Z1= Z2=Z時(shí)有=0, 電橋平衡。 0U當(dāng)傳感器銜鐵上移時(shí), 即Z1=Z+Z, Z2=Z-Z, 此時(shí)022UZULUZL 當(dāng)傳感器銜鐵下移時(shí), 則Z1=Z-Z, Z2=Z+Z 此時(shí)從以上兩式可知, 銜鐵上下移動(dòng)相同距離時(shí)

4、, 輸出電壓的大小相等, 但方向相反, 由于 是交流電壓, 輸出指示無法判斷位移方向, 必須配合相敏檢波電路來解決。 022UZULUZL 0U傳感器線圈的阻抗變化 為損耗電阻變化 及感抗變化 兩部分。ZRLZRj因?yàn)槿∪⒎諾ZZRLRL 02UZUZ代入忽略/R R則2022()2()ULLURLL若設(shè)計(jì)成/L LR R 則20222()2()2(1 1/)ULLULURLLQL2. 諧振式測(cè)量電路諧振式測(cè)量電路定頻調(diào)幅電路定頻調(diào)幅電路 在調(diào)幅電路中, 傳感器電感L與電容C, 變壓器原邊串聯(lián)在一起, 接入交流電源, 變壓器副邊將有電壓 輸出, 輸出電壓的頻率與電源頻率相同, 而幅值隨著電感

5、L而變化, 圖 （b）所示為輸出電壓 與電感L的關(guān)系曲線, 其中L0為諧振點(diǎn)的電感值,串聯(lián)諧振時(shí)，串聯(lián)諧振時(shí)，LC輸出阻抗最小，輸出阻抗最小，輸出電壓最大。輸出電壓最大。0U0U此電路靈敏度很高, 但線性差, 適用于線性要求不高的場(chǎng)合。LCf1210諧振頻率被測(cè)量引起電感變化，回路失諧，LC阻抗增大，變壓器副邊輸出電壓減小。諧振式調(diào)頻電路諧振式調(diào)頻電路調(diào)頻電路的基本原理是傳感器電感L變化將引起輸出電壓頻率的變化。 一般是把傳感器電感L和電容C接入一個(gè)振蕩回路中, 其振蕩頻率f=1/2（LC）/2。 當(dāng)L變化時(shí), 振蕩頻率隨之變化, 根據(jù)f的大小即可測(cè)出被測(cè)量的值。圖 （b）表示f與L的特性, 它具有明