差动传感器自感式动态特性试验.doc

差动螺管式（自感式）传感器的动态位移性能实验与研究物理0802 袁刘 指导老师：刘雪燕摘要：为了更好的理解差动传感器的原理和特性，观察差动螺线管式（自感式）传感器的位移性能，进行了关于此差动传感器的研究与实验，并得出了自感式动态特性曲线。关键词：传感器，自感，实验，动态特性正文：为了更好的了解差动螺管式电感传感器振动时幅频性能和工作情况，解差动差动螺管式传感器振动时幅频性能，握差动螺管式电感传感器静态位移测量和动态振幅测量的方法。我们进行了如下实验。随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。可以说，测试技术与自动控制水平的高低，是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。 在有些学科领域, 传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。这些不同提法, 反映了在不同的技术领域中, 只是根据器件用途对同一类型的器件使用着不同的技术术语而已。 如在电子技术领域, 常把能感受信号的电子元件称为敏感元件, 如热敏元件、磁敏元件、 光敏元件及气敏元件等, 在超声波技术中则强调的是能量的转换, 如压电式换能器。这些提法在含义上有些狭窄, 而传感器一词是使用最为广泛而概括的用语。传感器的输出信号通常是电量, 它便于传输、 转换、 处理、 显示等。 电量有很多形式, 如电压、电流、电容、电阻等, 输出信号的形式由传感器的原理确定。 通常传感器由敏感元件和转换元件组成。 其中, 敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分; 转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。由于传感器的输出信号一般都很微弱, 因此需要有信号调理与转换电路对其进行放大、运算调制等。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用, 传感器的信号调理与转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。 此外, 信号调理转换电路以及传感器工作必须有辅助的电源, 因此, 信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。传感器组成框图如图 1 所示。图1 # 传感器组成框图传感器技术是一门知识密集型技术, 它与许多学科有关。 传感器的原理各种各样，其种类十分繁多, 分类方法也很多, 但目前一般采用两种分类方法: 一是按被测参数分类, 如温度压力、位移、速度等; 二是按传感器的工作原理分类, 如应变式、电容式、压电式、 磁电式等。本书是按后一种分类方法来介绍各种传感器的, 而传感器的工程应用则是根据工程参数进行叙述的。对于初学者和应用传感器的工程技术人来说, 应先从工作原理出发, 了解各种各样传感器,而对工程上的被测参数应着重于如何合理选择和使用传感器。实验仪器差动螺管式传感器、频率振荡器、电桥模块、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、直流恒压源、示波器、频率计、九孔板接口平台和传感器实验台一。1.差动变压器量程:5mm；直流电阻：510；由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体。2.差动放大器：通频带010kHz可接成同相、反相，差动结构，增益为1100倍的直流放大器。3.移相器：允许最大输入电压10VP-P，移相范围20。4.相敏检波器：可检波电压频率010kHz，允许最大输入电压10VP-P，由 极性反转整形电路与电子开关构成的检波电路。5.低通滤波器：由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右。6.音频振荡器：0.4KHz10KHz输出连续可调，VP-P值20V，180、0反相输出，Lv端最大功率输出电流0.5A。7.低频振荡器：130Hz输出连续可调，VP-P值20V，最大输出电流0.5A。8.直流恒压源DH-VC2部分： 直流15V，主要提供给各芯片电源；2V、4V、6V分三档输出，提供给实验时的直流激励源；012V：Max 1A作为电机电源或作其它电源。实验原理螺线管式差动变压器. 工作原理螺线管式差变传感器主要用于测量位移和尺寸，也能测量与位移有关的的非电参数，如力，压力，应变，振动，力矩等，传感器输入输出线性好，测量范围大，可测量几至几百微米的位移，非线性误差可小于0.05%Yfs，分辨力可达纳米级，在机械，电子，国防，控制等领域得到了广泛应用。1-螺线管线圈；2-螺线管线圈；3-骨架；4-活动铁芯 L0=L10=L20=r20W2l1+(r-1)(rer)2lelL10，L20分别为线圈、的初始电感值；当铁芯移动（如右移）后，使右边电感值增加，左边电感值减小根据以上两式，可以求得每只线圈的灵敏度为两只线圈的灵敏度大小相等，符号相反，具有差动特征。两式可简化为零点残余电压的产生和消除螺线管式差变传感器主要是由2个螺线圈和活动衔铁组成，当活动衔铁处于中间平衡位置时，理论上输出电压值应为零，实际上不为零，这个不为零的值称为零点残余电压。零点残余电压的存在使得实际输出特性和理论特性不一致，使得传感器在零点附近存在不灵敏区，分析率变差，引起非线性误差，在实际应用差变时，必须采取相应措施消除或减小零点残压。零点残余电压产生的原因（1）由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同。 （2）由于铁芯的B-H特性的非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。 减小零点残余电压措施：（1）在设计和工艺上，力求做到磁路对称，线圈对称。铁芯材料要均匀，要经过热处理去除机械应力和改善磁性。两个二次侧线圈窗口要一致，两线圈绕制要均匀一致。一次侧线圈绕制也要均匀。 （2）采用拆圈的实验方法来减小零点残余电压。其思路是，由于两个二次侧线圈的等效参数不相等，用拆圈的方法，使两者等效参数相等。 (3)要保证差变输入输出的线性特性，并消除零点残压，应尽量减少磁滞损失，涡流损失，减少空气隙中的磁通，选取饱和磁感应强度高，导磁性能好的材料。（4）可采用磁导率，矩行系数，电阻率高的非晶态铁基软磁合金做导磁的外壳，做好电磁屏蔽。（5）在电路上进行补偿。线路补偿主要有：加串联电阻，加并联电容，加反馈电阻或反馈电容等。 （6）采用相敏检波电路旋钮初始位置：LV输出幅度为峰峰值2V，差动放大器的增益旋钮旋至中间，频率计置于2KHz档，低频振荡器的幅度旋钮置于最小。注意事项： 1、频率振荡器的信号必须从LV输出端输出。 2、差动螺管式电感的次级线圈注意接法。 3、实验中，电桥平衡网络的电位器W1和W2的调整，是配调的。4、实验中，为了便于观察，需要调整示波器的灵敏度。 5、振动台振动时的幅度可尽量大，但以与周围各部件不发生碰擦为宜，以免产生非正弦振动。实验步骤：1、将铁芯连接件固定在振动盘上，调整连接件使铁芯到差动线圈的中间位置，后将差动放大器调零，再按图13接线；2、打开直流恒压源；3、调整电桥平衡网络的电位器W1和W2，使差动放大器的输出端输出的信号最小，这时差动放大器的增益旋钮旋至最大。（如果电桥平衡网络调整不过零，则需要调整电感中铁芯上下的位置）4、为了使相敏检波器输出端的两个半波的基准一致，可调节差动放大器的调零电位器。将低频振荡器输出接入激振；5、调节低频振荡器的频率旋钮、幅度旋钮固定至某一位置，使梁产生上下振动；6、调整移相器上的移相电位器，使得相敏检波器输出端的波形如图14所示； 7、将示波器探头换接至低通滤波器的输出端； 8、调节低频振荡器的频率，用频率计监测低频振荡器的输出频率，用示波器 读出峰峰值填入下表，并作幅频特性曲线，关闭直流恒压源。f(Hz)7.17.58.28.99.910.310.811.1VP-P(V)1142.511148.171145.341148.341156.651148.171142.511139.68数据图像分析与结论：根据理论预测，所得第二组数据存在一定的误差，图像应该是一个