电感式传感器及应用-差动变压器式传感器（传感技术课件）

任务4.1自感式传感器任务4.2差动变压器式传感器项目4电感式传感器及应用任务4.3电涡流式传感器电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/2阻抗。当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压为:当传感器的衔铁处于中间位置，即Z1=Z2=Z，此时有，电桥平衡。变压器式交流电桥4.2差动变压器式传感器当传感器衔铁上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ，当传感器衔铁下移：如Z1=Z－ΔZ，Z2=Z+ΔZ，可知：衔铁上下移动相同距离时，输出电压相位相反，大小随衔铁的位移而变化。电桥输出电压既能反映被测体位移量的大小，又能反映位移量的方向，且输出电压与电感变化量成线性关系。但由于是交流电压，输出指示无法判断位移方向，必须配合相敏检波电路来解决。变压器式交流电桥带相敏整流的交流电桥

Z1、Z2和两个R构成了交流电桥，差动自感传感器的两个线圈Z1、Z2作为两个相邻的桥臂，平衡电阻为另外两个桥臂；VD1～VD4四只二极管组成相敏整流电路。为供桥交流电压，U0为测量电路的输出电压，由零值居中的直流电压表指示输出电压的大小和极性。工作原理（1）初态时：由于动铁居中，即Z1=Z2=Z，由于桥路结构对称，此时UB=UC，即Uo=0。（2）动铁上移时：Z1↑=Z+ΔZ，Z2↓=Z－ΔZ，即Z1＞Z2→I1＜I2，此时Uo=UB－UC=UBD+UDC=I1R－I2R=R（I1－I2）＜0指示表指针左偏，读数为负，表明动铁在上移。（3）动铁下移时：Z1↓=Z－ΔZ，Z2↑=Z+ΔZ，即Z2＞Z1→I1＞I2，此时Uo=UB－UC=R（I1－I2）＞0指示表指针右偏，读数为正，表明动铁在下移。工作原理当被测压力进入C形弹簧管时，C形弹簧管产生变形，其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化。即一个电感量增大，另一个电感量减小。电感的这种变化通过电桥电路转换成电压输出。由于输出电压与被测压力之间成比例关系，所以只要用检测仪表测量出输出电压，即可得知被测压力的大小。变隙式差动电感压力传感器自感式传感器的应用变气隙式电感测厚仪原理图自感式传感器的应用图示为自感式测厚仪，采用差动结构。当被测物的厚度发生变化时，引起测杆上下移动，带动衔铁产生位移，从而改变了上、下气隙的距离，使线圈的电感量发生相应的变化，此电感变化量经过交流电桥测量后，送测量仪表显示，其大小与被测物的厚度成正比。差动变压器是把被测位移量转换为一次线圈与二次绕组间的互感量M的变化的装置。由于两个二次线圈采用差动接法，故称为差动变压器。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。差动变压器式传感器（互感传感器）螺管型差动变压器差动变压器原理图在差动变压器的线框上绕有一个输入绕组（称一次绕组）；在同一线框的上端和下端再绕制两个完全对称的绕组（称二次线圈），它们反向串联（输出电压相互抵消），组成差动输出形式。基本特性当磁芯位于线圈中心位置时，U1=U2，UO=0；当次级开路时，初级线圈的交流电流为：次级线圈感应电势为：差动变压器的空载输出电压为：

其幅值为：基本特性⑴磁芯处于中间平衡位置时

M1=M2=MUO=0⑵磁芯上升时

M1=M+ΔM,M2=M-ΔM基本特性⑶磁芯下降时设M1=M-ΔM,M2=M+ΔM

基本特性灵敏度与线性度差动变压器的灵敏度是指衔铁移动单位位移时所产生的输出电压的变化，即输出电压与输入位移变化量之比。一般可达10mV/(mm)，行程越小，灵敏度越高。线性度特性曲线图4.14差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右。例：欲测量Φ120mm2mm轴的直径误差，应选择线圈骨架长度为多少的差动变压器（或电感传感器）为宜？（注：Δx=4mm）提高差动变压器的灵敏度可采用如下途径：①在初级线圈热容量允许范围内适当增加激励电压U1。②在低频段，适当增加激励频率，也可以提高灵敏度。见书上图4.12和图4.13的关系曲线。灵敏度与线性度③适当增加动铁芯截面积，以减小磁路磁阻，同时减小铁损。④适当增加次级线圈的匝数N2，一般取N2=（1～2）N1。测量电路1．反串电路灵敏度只有反串电路的一半。可利用RP进行电气调零，不再需要另外配置调零电路。空载输出电压2．桥路测量电路-3．差动整流电路电路是以两个桥路整流后的直流电压之差作为输出的，所以称为差动整流电路。它不但可以反映位移的大小（电压的幅值），还可以反映位移的方向。测量电路4.相敏检波电路全波电路测量电路相敏整流放大器单片集成电路LZXI

功能：把输入交流信号经过全波整流后变为直流信号，并能鉴别输入信号相位等功能。应用举例测量振动：加速度计用传感器工作原理：测量时，将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定，将衔铁的A端与被测动体相连。当被测体带动衔铁以Δx(t)振动时，导致差动变压器的输出电压变化。压力测量它适用于于测量各种生产流程中液体、水蒸及气体压力压力转换为位移的弹性敏感元件为膜盒（当膜盒的膜片两侧存在压差时，