chap6 变磁阻式传感器.ppt

1.第6章可变磁阻传感器，感应传感器，差动变压器传感器，涡流传感器，2。基础知识1:磁力线的分布规律，磁力线是一条封闭的、无头的、无尾的、永不相交的曲线；磁力线总是沿着最小磁阻的路径。磁力线穿过或进入磁化器表面时的垂直表面(但在有线圈的地方不垂直)；当两个磁极的表面平行且气隙小时，磁场可视为均匀，磁力线平行且直。3，气隙磁通量，4，基础知识2:磁阻和磁导率，l:磁路长度，S:磁路横截面导体磁导率， f(约为10-3h/m)空气磁导率，0=410-7H/m，5，基础知识3:等效磁路，6，线圈电感：由磁路的欧姆定律定义，磁通量：其中：L:线圈电感；:磁通量；W:线圈匝数；线圈电流I:Rmi:第一节磁路磁阻，磁链定义为：磁势：磁电压降，磁阻，7，概述，可变磁阻传感器：一种机电转换装置，利用磁路磁阻变化引起的传感器线圈电感(自感l或互感m)的变化来检测非电量。根据工作原理分类：自感式：l变差动变压器式：m变涡流式：l，m变，根据结构分类：气隙式电感传感器(它是闭合磁路结构形式)螺旋式电感传感器(它是开路磁路结构形式)，8，6.1电感式传感器，1，简单电感传感器，线圈，铁芯，电枢，9，10，简单电感传感器的工作原理，w3360线圈的匝数，I:线圈中的电流:磁路11，当线圈的匝数不变时，电感l只是磁路中磁阻Rm的函数。只要或s改变，电感就可以改变，因此可变磁阻传感器可分为具有可变气隙厚度的传感器和具有可变气隙面积s的传感器。最广泛使用的类型是可变气隙厚度电感传感器。可变间隙简单电感传感器的输出特性向上偏移 ，向下偏移 和13。变间隙简单电感传感器的输出特性表明，当采用两个铁芯和差动结构时，灵敏度提高，非线性减小。14，结论：降低0，增加灵敏度。l/l=f()是非线性的，当 /=时，非线性增加。非线性与测量范围的要求相矛盾，一般 /=0.1 0.2，因此变间隙电感式传感器在测量小位移时更精确。和引起不同大小的L变化，越大，L差越大。为了减小非线性误差，差动式可变间隙电感传感器被广泛应用于实际测量中。特性：类似于可变间隙电容。15，2，电感传感器的等效电路分析，铜损耗电阻(Rc)；铁芯的涡流损耗电阻(Re)；磁滞损耗电阻(Rh)；寄生电容(摄氏度)。每圈线圈的平均长度；d:钢丝直径。t:铁芯厚度；P:涡流穿透深度，16，等效电路不计寄生电容和磁滞损耗：串联等效电阻Re的铁损小于Re；“L”小于“L”，分析和讨论：17，减少对L的影响的措施：减少铁损的具体措施：1)铁芯采用叠层结构2)高电阻率的氧化铁材料，18，考虑线圈间寄生电容C的等效电路：19，考虑线圈间寄生电容C的等效电路：线圈的等效阻抗：20，21，结论：寄生电容C使Rp大于“R”，Lp大于“L”。在实际测量中，如果电缆引线的长度发生变化，即寄生电容C(主要是电缆电容)的大小发生变化，电感传感器的有效电感也会发生变化，灵敏度也会发生变化。需要重新校准。有效灵敏度品质因数，22，3，简单电感传感器测量电路，23，讨论：0，射频相对较大，不能忽略，所以有一定的初始电流。嗨，我是24岁。小间隙电感传感器与小间隙电容传感器的比较，有相同或相似之处：电容存在电场边界问题，如表象、非线性分析和微分结构；电感存在磁场边界问题，测量小位移，电容差异小，抗干扰能力差；电感大，抗干扰能力强；电容激励频率很高；电感激励频率低；具有高阻抗和电感的电容器的输出信号包含高次谐波并且具有零输出。电容传感器的动态响应良好，但电感传感器的动态响应较差。感应传感器的特点和优点：结构简单可靠。它分辨率高，能测量0.1m以下的机械位移，并能感知0.1角秒的角位移变化。传感器输出信号强，有利于信号传输和放大。一般来说，每毫米的变化可以达到数百毫伏的输出。重复性好，线性度和稳定性好。它可以实现信息的远程传输、记录、显示和控制，广泛应用于工业自动控制系统中。缺点：交流零信号存在。它不适合测量高频动态信号。感应传感器的应用感应传感器直接用于测量小位移。所有可转换为位移变化的参数，如力、压力、压差、加速度、振动、应变、流速、厚度和液位，均可通过感应传感器进行测量。27，应用：感应压力传感器，28，29，可变面积感应传感器，气隙长度不变，铁芯和电枢之间的相对覆盖面积随测量的变化而变化，导致线圈电感的变化，这种形式称为可变面积感应传感器。自感L与S成线性关系，这种传感器灵敏度低。螺旋电感传感器的工作原理是基于线圈磁力线泄漏路径中磁阻的变化。线圈的电感与电枢的插入深度有关。当铁芯在线圈中移动时，线圈的自感会发生变化。该传感器结构简单，易于制造，但灵敏度低，适用于大位移测量。分析要点：1 .由于空气间隙大，主磁通基本不变；2.侧向漏磁通随着电枢插入深度的增加而增加。灵敏度随着插入深度而增加。32，应用：测量液位的感应传感器，33，单感应传感器概述，自感应感应传感器可分为三种类型：可变间隙型、可变面积型和螺旋管型。可变间隙型灵敏度较高，但非线性误差较大，制造和装配困难。变面积型灵敏度较小，但线性度较好，测量范围较大，应用范围较广。螺旋式灵敏度较低，但测量范围较大，结构简单，易于制造和批量生产。它是使用最广泛的感应传感器。34，2。差动感应传感器-E型，1。结构特征：两个对称的单感应传感器共用一个可移动的电枢；上下导磁体的几何尺寸、形状和材料相同；上线圈和下线圈的电气参数(R，L，W)是相同的。工作原理：当电枢发生位移变化时，一个线圈的自感增大，另一个线圈的自感减小。当两个线圈连接到桥的相邻桥臂时，输出灵敏度可以加倍，并且线性特性可以改善。初始甲胄在中间位置：36，3。E型差动电感传感器的输出特性连接到电桥。在初始状态：中，存在位移状态：37、38、L0、L2=F ()、L1=F ()。与简单电感传感器的非线性相比，0,Conclusions:1差动电感传感器的特性曲线的斜率增加，表明灵敏度增加。2)理论特性曲线的电压输出过零，降低零输出；3)线性度得到改善。进一步分析！输出包含两个与电源同相且正交的元件。增加Q值可以减少正交分量。差动线圈式电感传感器比单线圈式具有更高的灵敏度和线性度，用于电感测微计中，它，42，差动电感传感器优点总结：改善非线性；提高敏感性；两组线圈相互补偿，因此受环境(温度变化、电源波动和外部干扰)的影响较小。由于对称结构，电枢受到大小相等、方向相反的两个线圈的电磁吸引，这两个线圈可以相互抵消。零电压很小。误差分析、电源电压波动(幅度、频率)影响：电源波动直接影响电感传感器的输出；电源波动引起铁芯B和的变化；过高的Usr会使B饱和和扭曲。频率的变化引起感抗的变化。温度变化的影响：几何尺寸改变线圈电阻和铁芯磁导率变化特性的非线性：原理误差限制位移以减少非线性相移：44。磁化曲线的非线性，由于磁饱和，输出波形失真，导致高次谐波。t，45，零电压产生原因，基本元件因素：差动式磁化器几何尺寸不对称；差动电感的线圈电气参数不相等；电枢不在中间位置；高次谐波分量因素：磁化器饱和，工作在磁化曲线的非线性部分；电源含有高次谐波；线圈寄生电容和线圈与外壳间分布电容的影响。零输出是电感传感器的主要缺陷之一！46、高次谐波引起零输出时，电桥调零电路可以满足基波平衡(调零)，但它不能同时满足高次谐波平衡。47，零电压的后果和解决方案，后果：精度和分辨率下降；放大器很容易过早饱和。措施：确保工艺制造中的对称性(结构对称性)；采用补偿方法，通过传感输出回路中的串联和并联电阻和电容来补偿次级线圈感应电压的相位和幅度变化。一般原理：串联电阻可以降低零电压，实现调零；并联电容可以改变零电压的相位，消除基波高次谐波的正交分量。选择合适的测量电路，如整流电路、相敏检测电路等。48、差动电感传感器测量电路(1)交流电桥，当电枢移动时，49、模拟50、(2)变压器电桥，51、6.2差动变压器(LVDT)，1、工作原理和结构，当两个次级侧线圈相同且磁芯在中间时，输出为零。(1)变压器线圈分为一次侧和二次侧；2)次级线圈反相串联。53，互感原理，设置：线圈2的感应电势为：线圈2的磁链，54，螺旋管差动变压器的局部结构，55，螺旋管差动变压器的工作图，56，其他结构的差动变压器式传感器，可变间隙式：测量范围：几微米到几百微米，57，其他结构的差动变压器式传感器，e型微同步器，应用：测量角，四极微同步器，应用：测量角，结构：四个初级线圈，四个次级线圈；相反的磁极在同相串联，相邻的磁极在相反相串联。58，2，螺旋管差动变压器分析，线圈组合：骨架：圆柱形绝缘材料。线圈：高强度漆包线，环氧树脂密封，多段式，两个次级线圈的电气参数相同。电枢和铁芯：采用高电阻率、高磁导率和高饱和磁感应强度的材料。1、结构特性、差动变压器式线性位移传感器、59、2、输出特性、L1、R1:初级线圈电感和电阻；L21，L22，R21，R22:次级线圈的电感和电阻。(1)等效电路，60，次级线圈1，次级线圈2，61，其中：62，讨论：中间位置的电枢：电枢向上移动：电枢向下移动：相位相反，63，64，2提高差动变压器灵敏度的措施，提高品质因数q(通过将差动变压器的尺寸和线圈长度增加到直径的1.52倍)选择温度特性67和(4)机械部件尺寸的变化影响初级线圈的电阻以补偿初级线圈：(5)线性范围，约为线圈架长度的1/10至1/4。要求：输出电压和位移线性相关。相位角变化小，便于相位敏感解调。(1)基本成分因素：两个次级线圈的电参数不同；磁化器的几何形状和尺寸不对称；2)高次谐波成分因素：磁化器的磁饱和；电源含有高次谐波；原因：69，3)线补偿。1)在设计和加工工艺上，力求磁路对称，线圈对称；(2)拆环降低零位输出；降低零输出措施：并联相位调制，串联相位调制，70，设置中间可移动电枢向右移动0.1毫米，0=1毫米，S0=S1=S2=1 cm2，UIN=10 V，F=400 Hz，初级线圈匝数W1=1000，次级线圈匝数W2=2000，求出总气隙磁导率、初级线圈电流和次级线圈输出电压。例6-2-1:71，3，测量电路，功能：差动变压器输出交流信号，幅值只能反映其信号大小，但不能反映电枢运动方向(即信号极性)。采用相应的测量电路获得能够反映尺寸方向的DC信号。1-在相位敏感解调之前输出；2-相位敏感解调后输出；调制及相关术语调制是利用慢变信号来控制和调整高频振荡信号的某个参数(振幅、频率或相位)，使其根据慢变信号的规律而变化。载波信号：高频振荡信号称为载波信号。调制信号：测量的慢变信号称为调制信号。调制波：载波被慢变信号调制的信号称为调制波。解调：从调制波中恢复调制信号的过程。2.调制：将具有较低频率的信号(即慢变信号)调制成具有用于交流放大的适当频率的信号。3.调制类型。如果载波信号是谐波信号，调制可以分为幅度调制、频率调制和相位调制。振幅调制：将调制信号乘以载波，使载波的振幅随着调制信号的变化而变化。整流检测和相敏检测是常用的调幅波解调方法。信号调制原理：74。如果调制信号的极性改变，可以叠加适当的DC分量A。如果调制信号不改变极性，调幅波的包络将具有原始调制信号的形状。相敏检波器是一种解调器，可以根据调幅波和载波之间的相位差来区分调制信号的极性。它适用于解调各种类型的调幅波。整流和检测：对调幅波进行整流(半波或全波整流)和低通滤波，以再现原始调制信号(如果叠加了DC分量，必须精确减去DC分量)。这种解调方法称为校正和检测。调制信号的DC分量-整流-低通滤波-DC分量去除-原始调制信号的再现。解调电路，技术路线，76，差分整流检测测量电路，a，b，c，d，77，差分整流检测测量电路，1)方波发生电路，78，79，2)电流放大电路，80，3)精密整流电路，81，82，加法电路，1。讨论双半波整流器的输入信号特性。2.讨论双半波整流器的输出信号特性。3.加法器的功能-相位灵敏度。83，一阶低通滤波器，84，低频，高频，85，一阶低通滤波器的波特率图，86，分别将差动电感传感器的线圈阻抗设为Z1和Z2。当电枢处于中间位置时，Z1=Z2=Z，电桥处于平衡状态，点c处的电势等于点d处的电势，仪表指示为零。以差动电感为