《传感器原理及应用》程德福 第二章力传感器2

1、1第二节第二节 电感式传感器（变磁阻）电感式传感器（变磁阻）l自感式传感器自感式传感器u气隙型自感传感器气隙型自感传感器u螺管型自感传感器螺管型自感传感器u自感线圈的等效电路自感线圈的等效电路u测量电路测量电路u自感式传感器应用自感式传感器应用l差动变压器差动变压器u结构原理与等效电路结构原理与等效电路u误差因素分析误差因素分析u测量电路测量电路u应用应用l电涡流式传感器电涡流式传感器Inductive Transducer/sensor2定义：定义：是一种利用线圈自感或互感的变化实现非电量电是一种利用线圈自感或互感的变化实现非电量电测的装置，是一种机电转换装置。测的装置，是一种机电转换装置。

2、感测量感测量：位移、振动、压力、应变、流量、比重等。：位移、振动、压力、应变、流量、比重等。种类种类：根据转换原理，分自感式和互感式两种；：根据转换原理，分自感式和互感式两种； 根据结构型式，分气隙型、面积型和螺管型。根据结构型式，分气隙型、面积型和螺管型。优点优点：结构简单、可靠，测量力小结构简单、可靠，测量力小衔铁为衔铁为(0.5200)10-4N时，磁吸力为时，磁吸力为(110)10-4N。分辨力高分辨力高机械位移：机械位移：0.1m，甚至更小；角位移：，甚至更小；角位移：0.1角秒。角秒。输出信号强，电压灵敏度可达数百输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm 。重复性好，线性度优良重复

3、性好，线性度优良在几十在几十m到数百到数百mm的位移范围内，输出特性的线性度的位移范围内，输出特性的线性度较好，且比较稳定。较好，且比较稳定。不足不足：存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。 3一、一、 自感式传感器自感式传感器 有气隙型和螺管型两种结构。有气隙型和螺管型两种结构。（一）气隙型自感传感器（一）气隙型自感传感器组成：线圈组成：线圈1，衔铁，衔铁3和铁芯和铁芯2等。等。图中点划线表示磁路，磁路中空气隙总长度为图中点划线表示磁路，磁路中空气隙总长度为l传感器运动部分与衔传感器运动部分与衔铁相连，衔铁移动时铁相连，衔铁移动时l l发生变化，引起磁发

4、生变化，引起磁路的磁阻路的磁阻R Rm m变化，使变化，使电芯线圈的电感值电芯线圈的电感值L L变化；只要改变气隙变化；只要改变气隙厚度或气隙截面积就厚度或气隙截面积就可以改变电感。可以改变电感。0.5l123x(a)气隙式 (b)变截面式4电感传感器的基本工作原理演示电感传感器的基本工作原理演示气隙变小，电感变大，电流变小气隙变小，电感变大，电流变小F F5N：线圈匝数；：线圈匝数；Rm：磁路总磁阻：磁路总磁阻(铁芯与衔铁磁阻和空气隙磁阻铁芯与衔铁磁阻和空气隙磁阻)气隙式自感传感器，因为气隙较小气隙式自感传感器，因为气隙较小(l为为0.11mm)，所，所以，认为气隙磁场是均匀的，若忽略磁路铁

5、损，则磁以，认为气隙磁场是均匀的，若忽略磁路铁损，则磁路总磁阻为路总磁阻为 l1：铁芯磁路总长；：铁芯磁路总长；l2：衔铁的磁路长；：衔铁的磁路长；S：隙磁通截面积；：隙磁通截面积； S1：铁芯横截面积；：铁芯横截面积；S2：衔铁横截面积；：衔铁横截面积；1：铁芯磁导率；：铁芯磁导率；2：衔铁磁导率；：衔铁磁导率；0：真空磁导率，：真空磁导率，0=410-7Hm； l：空气隙总长。：空气隙总长。mRNL2SlSlSlRm0222111由磁路基本知识知，线圈自感为由磁路基本知识知，线圈自感为SlSlSlNRNLm0222111226由于自感传感器的铁芯一般在非饱和状态下，其磁导由于自感传感器的铁

6、芯一般在非饱和状态下，其磁导率远大于空气的磁导率，因此铁芯磁阻远较气隙磁阻率远大于空气的磁导率，因此铁芯磁阻远较气隙磁阻小，所以上式可简化为小，所以上式可简化为 lSNL02可见，自感可见，自感L是气隙截面积和长度的函数，即是气隙截面积和长度的函数，即Lf(S,l)如果如果S保持不变，则保持不变，则L为为l的单值函数，构成的单值函数，构成变隙式自感变隙式自感传感器传感器；若保持；若保持l不变，使不变，使S随位移变化，则构成随位移变化，则构成变截变截面式自感传感器面式自感传感器。其特性曲线如图。其特性曲线如图。L=f（S）L=f（l）lLSL=f(l)为非线性关系。当为非线性关系。当l0时，时，

7、L为为，考虑导磁体的磁阻，当，考虑导磁体的磁阻，当l0时，并不等于时，并不等于，而具有一定的数，而具有一定的数值，在值，在l较小时其特性曲线如图中虚较小时其特性曲线如图中虚线所示。如上下移动衔铁使面积线所示。如上下移动衔铁使面积S改改变，从而改变变，从而改变L值时值时,则则Lf(S)的特的特性曲线为一直线。性曲线为一直线。 7rx螺旋管铁心单线圈螺管型传感器结构图l（二）（二） 螺管型自感传感器螺管型自感传感器工作原理是基于线圈磁力线泄漏路径上的磁阻的变化。工作原理是基于线圈磁力线泄漏路径上的磁阻的变化。属于大气隙传感器，分单线圈和差动式两种结构形式。属于大气隙传感器，分单线圈和差动式两种结构

8、形式。组成：螺管线圈和圆柱形铁芯。组成：螺管线圈和圆柱形铁芯。传感器工作时，通过改变磁芯在线圈中的相对位置，引传感器工作时，通过改变磁芯在线圈中的相对位置，引起螺管线圈自感量的变化。当用恒流源激励时，假定线起螺管线圈自感量的变化。当用恒流源激励时，假定线圈内磁场强度是均匀的，且磁芯插入线圈的长度小于线圈内磁场强度是均匀的，且磁芯插入线圈的长度小于线圈本身的长度，则此时线圈的输出的自感量为圈本身的长度，则此时线圈的输出的自感量为8L线圈的自感量；线圈的自感量；N线圈的匝数；线圈的匝数； rc磁芯半径；磁芯半径；r线圈的平均半径；线圈的平均半径；l螺管线圈长度；螺管线圈长度；lc磁芯插入线圈的长度

9、；磁芯插入线圈的长度；r铁心相对磁导率。铁心相对磁导率。根据传感器灵敏度的定义，可得单线圈螺管型自感传感根据传感器灵敏度的定义，可得单线圈螺管型自感传感器灵敏度器灵敏度7222221014ccrrllrlNL722221014crcrlNlLS)1/(1 )/)(/(12rccccrrlllllLL或或可见，在线圈和磁芯长度一定时，自感相对变化量与磁芯插入可见，在线圈和磁芯长度一定时，自感相对变化量与磁芯插入长度的相对变化量成正比，但由于线圈内磁场强度的不均匀性，长度的相对变化量成正比，但由于线圈内磁场强度的不均匀性，实际单线圈螺管型自感传感器的输出特性并非线性。而差动螺实际单线圈螺管型自感传

10、感器的输出特性并非线性。而差动螺管型自感传感器较单线圈螺管型的非线性有所改善。管型自感传感器较单线圈螺管型的非线性有所改善。 9为了提高灵敏度与线性为了提高灵敏度与线性度度,常采用由两个线圈组常采用由两个线圈组成的差动螺管式自感传成的差动螺管式自感传感器。图感器。图(b)中中H=f(x)曲曲线表明：为了得到较好线表明：为了得到较好的线性的线性,铁芯长度取铁芯长度取0.6l时时,则铁芯工作在则铁芯工作在H曲线曲线的拐弯处的拐弯处,此时此时H变化小。变化小。这种差动螺管式自感传这种差动螺管式自感传感器的测量范围为感器的测量范围为(550)mm,非线性误差在非线性误差在0.5左右。左右。 2lclc

11、2l线圈线圈r0.80.60.40.20.20.40.60.8-0.80.80.41.2-1.2-0.4xH（ ）INl差动螺旋管式自感传感器(a)结构示意图 (b)磁场分布曲线x(l)(a)(b)10 综上所述，螺管式自感传感器的特点：综上所述，螺管式自感传感器的特点： 结构简单，制造装配容易；结构简单，制造装配容易； 由于空气间隙大，磁路的磁阻高，因此灵敏度由于空气间隙大，磁路的磁阻高，因此灵敏度 低，但线性范围大；低，但线性范围大； 由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰；由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰； 由于磁阻高，为了达到某一自感量，需要的线由于磁阻高，为了达到某一自感量，需

12、要的线 圈匝数多，因而线圈分布电容大；圈匝数多，因而线圈分布电容大； 要求线圈框架尺寸和形状必须稳定，否则影响要求线圈框架尺寸和形状必须稳定，否则影响 其线性和稳定性。其线性和稳定性。 11（三）自感线圈的等效电路（三）自感线圈的等效电路 实际传感器中包括：实际传感器中包括：铜损电阻铜损电阻（Rc）N为线圈匝数，为线圈匝数，lcp为平均每匝长度为平均每匝长度d为线径、为线径、 c为导线电阻率为导线电阻率CLRcRe24dNlRcpcc涡流损耗电阻涡流损耗电阻（Re）并联分布电容并联分布电容（C）由线圈绕组的分布电容及电缆引线电容组成。并联电由线圈绕组的分布电容及电缆引线电容组成。并联电容后，传

13、感器的灵敏度提高了。因此在测量中若需要容后，传感器的灵敏度提高了。因此在测量中若需要改变电缆长度时，则应对传感器的灵敏度重新校准。改变电缆长度时，则应对传感器的灵敏度重新校准。222126ltSNLhtRie12（四）测量电路（四）测量电路1 1、交流电桥、交流电桥实际应用中，交流电桥常和差动式自感传感器配合使用实际应用中，交流电桥常和差动式自感传感器配合使用,这样既提高了灵敏度，又改善了线性度这样既提高了灵敏度，又改善了线性度，如图。，如图。Z1、Z2为工作臂，即线圈阻抗，为工作臂，即线圈阻抗，R1、R2为电桥的平衡臂为电桥的平衡臂 电桥平衡条件：电桥平衡条件：设设Z1=Z2=Z=RS+jL

14、；R1=R2=R RS1=RS2=RS； L1=L2=LE为桥路电源，为桥路电源，ZL是负载阻抗。是负载阻抗。工作时，工作时，Z1=Z+Z和和Z2=Z-ZZLR1R2Z2Z1L1L2RS1RS2交流电桥原理图USCE2121RRZZZRZZZZEULLSC213其输出电压幅值其输出电压幅值 LjRLjREZZEUSSSC22当当ZL时时ELRLELRRLUSSSSC222222222222LRRZS输出阻抗输出阻抗 SSSSSCRRLLQjLLRRQQEU11111222SRLQ为自感线圈的品质因数。为自感线圈的品质因数。教材中有误14桥路输出电压桥路输出电压Usc包含与电源包含与电源E同相和

15、正交两个分量。同相和正交两个分量。在实际测量中，只希望有同相分量，如能使在实际测量中，只希望有同相分量，如能使 或或Q值比较大，均能达到此目的。但在实际工作时，值比较大，均能达到此目的。但在实际工作时，RS/ /RS一般很小，所以要求线圈有高的品质因数。一般很小，所以要求线圈有高的品质因数。当当Q值值 很高时，很高时，Usc ； SSRRLLLLE 2当当Q值很低时，自感线圈的电感远小于电阻，电感线值很低时，自感线圈的电感远小于电阻，电感线圈相当于纯电阻圈相当于纯电阻(ZRs)，交流电桥即为电阻电桥。，交流电桥即为电阻电桥。例如，应变测量仪，此时输出电压例如，应变测量仪，此时输出电压Usc=

16、。 该电桥结构简单，其电阻该电桥结构简单，其电阻R1、R2可用两个电阻和一可用两个电阻和一个电位器组成，调零方便。个电位器组成，调零方便。 SSRRE 2SRLQ15Z1Z2USCE/2E/2E变压器电桥原理图I2 2、变压器电桥、变压器电桥平衡臂为变压器的两个副边，当负载阻抗为无穷大时，平衡臂为变压器的两个副边，当负载阻抗为无穷大时，流入工作臂的电流为流入工作臂的电流为 21ZZEI212122122ZZZZEEZZZEUSC初始初始Z1=Z2=Z=RS+jL，故平，故平衡时，衡时，USC=0。双臂工作时，。双臂工作时，设设Z1=ZZ，Z2=Z+Z，相当，相当于差动式自感传感器的衔铁向于差动

17、式自感传感器的衔铁向一侧移动，则一侧移动，则ZZEUSC2同理反方向移动时同理反方向移动时ZZEUSC216可见，衔铁向不同方向移动时，产生的输出电压可见，衔铁向不同方向移动时，产生的输出电压Usc大大小相等、方向相反，即相位互差小相等、方向相反，即相位互差180 ，可反映衔铁移动，可反映衔铁移动的方向。但是，为了判别交流信号的相位，需接入专门的方向。但是，为了判别交流信号的相位，需接入专门的相敏检波电路。的相敏检波电路。 优点优点：变压器变压器电桥与电阻平衡电桥相比，元件少，输出电桥与电阻平衡电桥相比，元件少，输出阻抗小，桥路开路时电路呈线性；阻抗小，桥路开路时电路呈线性；缺点缺点：变压器副

18、边不接地，易引起来自原边的静电感应：变压器副边不接地，易引起来自原边的静电感应电压，使高增益放大器不能工作。电压，使高增益放大器不能工作。 ELRLUSSC22222222LRZS变压器电桥的输出电压幅值变压器电桥的输出电压幅值输出阻抗为输出阻抗为(略去变压器副边的阻杭，它远小于电感的略去变压器副边的阻杭，它远小于电感的阻抗阻抗)17（五）自感式传感器的应用（五）自感式传感器的应用 主要应用于测量位移和尺寸，也可以测量能够转换为主要应用于测量位移和尺寸，也可以测量能够转换为位移量的其他参数，如力、压力、压差、张力、加速位移量的其他参数，如力、压力、压差、张力、加速度、扭矩、应变等。度、扭矩、应

19、变等。轴向自感式传感器 压力传感器18二、差动变压器二、差动变压器( (Differential Transformer Sensor) )（一）结构原理与等效电路（一）结构原理与等效电路分气隙型和差动变压器两种。目前多采用螺管型差动分气隙型和差动变压器两种。目前多采用螺管型差动变压器，可测量变压器，可测量1 1100mm100mm范围内的机械位移。范围内的机械位移。 其基本元件有衔铁、初级线圈、其基本元件有衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈框架等。初级次级线圈和线圈框架等。初级线圈作为差动变压器激励用，线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，而次级相当于变压器的原边，而次级线圈由结构尺寸和

20、参数相同的线圈由结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接而成，相当两个线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。螺管形差动于变压器的副边。螺管形差动变压器根据初、次级排列不同变压器根据初、次级排列不同有二节式、三节式、四节式和有二节式、三节式、四节式和五节式等形式。五节式等形式。次次级级次次级级骨架骨架初初级级衔衔铁铁次次级级次次级级初初级级19321212112(a)(b)(c)(d)12112差动变压器线圈各种排列形式1 初级线圈；2 次级线圈；3 衔铁3三节式的零点电位较小，二节式比三节式灵敏度高、线三节式的零点电位较小，二节式比三节式灵敏度高、线性范围大，四节式和五节式改善了传感器线性度。性范

21、围大，四节式和五节式改善了传感器线性度。20在理想情况下在理想情况下(忽略线圈寄生忽略线圈寄生电容及衔铁损耗电容及衔铁损耗)，差动变压，差动变压器的等效电路如图。器的等效电路如图。初级线圈的复数电流值为初级线圈的复数电流值为1111LjReIe2R21R22e21e22e1R1M1M2L21L22L1 e1初级线圈激励电压初级线圈激励电压L1,R1初级线圈电感和电阻初级线圈电感和电阻M1,M1分别为初级与次级线圈分别为初级与次级线圈1,2间的互感间的互感L21,L22两个次级线圈的电感两个次级线圈的电感R21,R22两个次级线圈的电阻两个次级线圈的电阻I1激励电压的角频率；激励电压的角频率；

22、e1激励电压的复数值；激励电压的复数值；由于由于I Il的存在，在次级线圈的存在，在次级线圈中产生磁通中产生磁通11121mRIN21122mRINRm1及及Rm2分别为磁通通过初级线圈及两个次级线圈的磁阻，分别为磁通通过初级线圈及两个次级线圈的磁阻，N1为初级线圈匝数。为初级线圈匝数。2112221121IMjeIMje11212121mRNNINM21212222mRNNINM1111122212LjReMMjeeeN2为次级线圈匝数。为次级线圈匝数。因此空载输出电压因此空载输出电压在次级线圈中感应出电压在次级线圈中感应出电压e21和和e22，其值分别为，其值分别为21211212LReM

23、Me22212221LLjRRZ2222122221LLRRZ其幅数其幅数输出阻抗输出阻抗或或22副0e2e2e21e22x副原线圈 铁芯向右移，铁芯向右移， 输出与输出与e22 同极性；同极性； 铁芯向左移，铁芯向左移， 输出与输出与e21同极性；同极性；u输出电压的幅值取决于线圈互感即衔铁在线圈中移输出电压的幅值取决于线圈互感即衔铁在线圈中移动的距离动的距离X X。e2与与e1的相位由衔铁的移动方向决定。的相位由衔铁的移动方向决定。 23（二）（二） 误差因素分析误差因素分析1 1、激励电源电压幅值与频率的影响、激励电源电压幅值与频率的影响激励电源电压幅值的波动，会使线圈激励磁场的磁通发激

24、励电源电压幅值的波动，会使线圈激励磁场的磁通发生变化，直接影响输出电势。差动变压器激励频率的选生变化，直接影响输出电势。差动变压器激励频率的选择至少要大于衔铁运动频率的择至少要大于衔铁运动频率的10倍，即可测信号频率取倍，即可测信号频率取决于激励频率，一般在决于激励频率，一般在2kHz以内，另外还受到测量系以内，另外还受到测量系统机械负载效应的限制。统机械负载效应的限制。2 2、温度变化的影响、温度变化的影响在周围环境温度变化时，会引起差动变压器线圈电阻及在周围环境温度变化时，会引起差动变压器线圈电阻及导磁体磁导率的变化，从而导致输出电压、灵敏度、线导磁体磁导率的变化，从而导致输出电压、灵敏度

25、、线性度和相位的变化。当线圈品质因数较低时，这种影响性度和相位的变化。当线圈品质因数较低时，这种影响更为严重。在这方面采用恒流源激励比恒压源激励有利。更为严重。在这方面采用恒流源激励比恒压源激励有利。适当提高线圈品质因数并采用差动电桥可以减少温度的适当提高线圈品质因数并采用差动电桥可以减少温度的影响。影响。243 3、零点残余电压、零点残余电压当差动变压器的衔铁处于中间位置时，由于对称的两个当差动变压器的衔铁处于中间位置时，由于对称的两个次级线圈反向串接，理论上其输出电压为零。但实际上，次级线圈反向串接，理论上其输出电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，差动输出电压并不为零，总会有零当使用桥式

26、电路时，差动输出电压并不为零，总会有零点几点几mV到数十到数十mV的微小的电压值存在，不论怎样调整的微小的电压值存在，不论怎样调整也难以消除，我们把零位移时差动变压器输出的电压称也难以消除，我们把零位移时差动变压器输出的电压称为零点残余电压。零点残余电压使得传感器输出特性不为零点残余电压。零点残余电压使得传感器输出特性不过零点。过零点。0e2x-xe20如图是扩大了的零点残余电压如图是扩大了的零点残余电压的输出特性。零点残余电压的的输出特性。零点残余电压的存在造成零点附近的不灵敏区；存在造成零点附近的不灵敏区；零点残余电压输入放大器内会零点残余电压输入放大器内会使放大器末级趋向饱和，影响使放大

27、器末级趋向饱和，影响电路正常工作等。电路正常工作等。251 基波正交分量 2 基波同相分量 3 二次谐波 4 三次谐波 5 电磁干扰ee1e20e2012345(a)残余电压的波形 (b)波形分析tt图中图中e1为差动变压器初级的激励电压，为差动变压器初级的激励电压，e20包含基波同相包含基波同相成分、基波正交成分，二次及三次谐波和幅值较小的电成分、基波正交成分，二次及三次谐波和幅值较小的电磁干扰等。磁干扰等。 26零点残余电压产生原因：零点残余电压产生原因：基波分量基波分量。由于差动变压器两个次级绕组不可能完全。由于差动变压器两个次级绕组不可能完全一致，因此它的一致，因此它的等效电路参数等效

28、电路参数（互感（互感M、自感、自感L及损耗及损耗电阻电阻R）不可能相同，从而使两个次级绕组的感应电势）不可能相同，从而使两个次级绕组的感应电势数值不等。又因一次线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损数值不等。又因一次线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，线圈匝间电容的存在等因素，使激励和材质的不均匀，线圈匝间电容的存在等因素，使激励电流与所产生的磁通相位不同。电流与所产生的磁通相位不同。 因此，因此，使得两个次级线圈中的感应电势不仅数值不等使得两个次级线圈中的感应电势不仅数值不等,相位也存在误差。因相位误差所产生的零点残余电压，相位也存在误差。因相位误差所产生的零点残余电压，无法通过调节衔铁的

29、位移来消除。可见，无论衔铁如何无法通过调节衔铁的位移来消除。可见，无论衔铁如何移动都不可能使合成电势为零。移动都不可能使合成电势为零。 27零点残余电压产生原因：零点残余电压产生原因：高次谐波高次谐波。高次谐波分量主要由导磁材料磁化曲。高次谐波分量主要由导磁材料磁化曲线的线的非线性非线性引起。由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，引起。由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使得激励电流与磁通波形不一致产生了非正弦使得激励电流与磁通波形不一致产生了非正弦( (主主要是三次谐波要是三次谐波) )磁通，从而在次级绕组感应出非正磁通，从而在次级绕组感应出非正弦电势。弦电势。另外，激励电流波形失真，因其内含高次谐波分量

30、，另外，激励电流波形失真，因其内含高次谐波分量，这样也将导致零点残余电压中有高次谐波成分。这样也将导致零点残余电压中有高次谐波成分。 28消除零点残余电压方法：消除零点残余电压方法：1 1从设计和工艺上保证结构对称性从设计和工艺上保证结构对称性要求提高衔铁等重要零件的加工精度，两次级线圈绕要求提高衔铁等重要零件的加工精度，两次级线圈绕法要完全一致，必要时对两次级线圈进行选配，把电感法要完全一致，必要时对两次级线圈进行选配，把电感和电阻值十分接近的两线圈配对使用。和电阻值十分接近的两线圈配对使用。磁性材料必须经过适当处理，以消除内部残余应力，磁性材料必须经过适当处理，以消除内部残余应力，并使其磁

31、性能的均匀性及稳定性较好。并使其磁性能的均匀性及稳定性较好。结构上可采用磁路调节机构结构，以提高磁路的对称结构上可采用磁路调节机构结构，以提高磁路的对称性。性。由高次谐波产生的因素可知，磁路工作点应选在磁化由高次谐波产生的因素可知，磁路工作点应选在磁化曲线的线性段。曲线的线性段。 29消除零点残余电压方法：消除零点残余电压方法：2 2选用合适的测量线路选用合适的测量线路 选用合适的测量线路可减小零选用合适的测量线路可减小零点残余电压输出。如采用相敏点残余电压输出。如采用相敏检波电路，可使经相敏检波后检波电路，可使经相敏检波后衔铁反行程时的特性曲线由衔铁反行程时的特性曲线由1 1变到变到2 2，

32、如图。这样的测量电，如图。这样的测量电路不仅可以鉴别衔铁移动方向，路不仅可以鉴别衔铁移动方向，而且可以把衔铁在中间位置时，而且可以把衔铁在中间位置时，因高次谐波引起的零点残余电因高次谐波引起的零点残余电压消除掉。压消除掉。e2+x-x210相敏检波后的输出特性303 3采用补偿线路采用补偿线路由于两个次级线圈感应电压相位不同，并联电容可由于两个次级线圈感应电压相位不同，并联电容可改变其一的相位，也可将电容改变其一的相位，也可将电容C改为电阻，如图改为电阻，如图( (a) )。由于由于R的分流作用将使流入传感器线圈的电流发生变化，的分流作用将使流入传感器线圈的电流发生变化，从而改变磁化曲线的工作

33、点，减小高次谐波所产生的从而改变磁化曲线的工作点，减小高次谐波所产生的残余电压。图残余电压。图( (b) )中串联电阻中串联电阻R可以调整次级线圈的电可以调整次级线圈的电阻分量。阻分量。 e1e2CRe1e2CR(a)(b)调相位式残余电压补偿电路31并联电位器并联电位器W用于电气调零，改变两次级线圈输出用于电气调零，改变两次级线圈输出电压的相位，如图所示。电容电压的相位，如图所示。电容C(0.02F)可防止调整可防止调整电位器时使零点移动。电位器时使零点移动。e1e2CR1R2W电位器调零点残余电压补偿电路32R或L补偿电路e1e2L0We1e2R0W(a)(b)接入接入R0( (几百几百k

34、) )或补偿线圈或补偿线圈L0( (几百几百匝匝) )。绕在差动变压。绕在差动变压器的初级线圈上以器的初级线圈上以减小负载电压，避减小负载电压，避免负载不是纯电阻免负载不是纯电阻而引起较大的零点而引起较大的零点残余电压。电路如残余电压。电路如图。图。 33（三）测量电路（三）测量电路 差动变压器的输出电压为交流，它与衔铁位移成差动变压器的输出电压为交流，它与衔铁位移成正比。用交流电压表测量其输出值只能反映衔铁位正比。用交流电压表测量其输出值只能反映衔铁位移的大小，不能反映移动的方向，因此常采用差动移的大小，不能反映移动的方向，因此常采用差动整流电路和相敏检波电路进行测量。整流电路和相敏检波电路

35、进行测量。1 1、差动整流电路、差动整流电路根据半导体二极管单向导通原理进行解调的。根据半导体二极管单向导通原理进行解调的。34全波整流电路和波形图e1RRcabhgfdeUSC衔铁在零位以下eabttteabttteabtecdtUSCtecdUSCUSCecd衔铁在零位以上衔铁在零位(b)(a)在在f点为点为“” ” ，则电流路径是，则电流路径是fgdche ( (参看参看图图a) )。反之，如。反之，如f点为点为“” ” ，则电流路径是，则电流路径是ehdcgf。352 2、相敏检波电路、相敏检波电路图为二极管相敏检波电路。图中图为二极管相敏检波电路。图中UR为参考电压，其频率与为参考电压，其频率与U0相同，相同，相位与相位与U0同相或反相，并且同相或反相，并且UR U0，即二极管的导通与否取决于，即二极管的导通与否取决于UR，工作原理：，工作原理： (1)衔铁在中间位置时，衔铁在中间位置时，U0= 0，