第4章电感式传感器.ppt

1、第1、2、4章电感传感器、电感传感器、第3页，定义：利用线圈磁感和互感的变化实现非力测量的设备。(将非电子转换为线圈磁感或相互感觉的变化)感官测量：变位、振动、压力、变形、流量、比重等。种类：根据转换原理，分为磁感应、相互感应、旋涡三种。根据结构样式，有分型气隙、面积和螺纹管道类型。第4页，优点：结构简单可靠，测量力小，机械位移0.1米以下。角度变位0.1度秒。输出信号很强，电压灵敏度可达数百mV/mm。重复性好，线性性好，在几十数百mm的变位范围内，输出特性的线性性好，稳定性好。可以实现远距离传输、记录、显示和控制。不足：有交流零信号，不适合高频动态测量。第5页，4.1自传感器，4.2互传感

2、器-差动变压器，4.1.3差动自传感器，4.1.4自传感器等效电路，4.1.5自传感器测量电路，4.4.1 . 1 . 1自感应传感器工作原理，4.1.2可变气隙自感应传感器的输出特性，6页，4 . 1自感应传感器，4.1.1自感应传感器工作原理，总磁阻，线圈匝数，2式同时3360，7页，空气渗透率，其中，A未改变，L是构成可变气隙自感应传感器的单值函数第12页，电枢下移，4.1.2可变气隙磁传感器输出特性，第13页，忽略父项：第14页，电枢上移，忽略父项：第15页，4.1.3差分自牙齿结构除了提高线性度和提高灵敏度外，还对温度变化、功率频率变化等产生了影响，第16页，差动气隙电感传感器由两个

3、相同的电感线圈和磁路组成。测量时，电枢与通过导柱测量的位移量相连接，当测量的身体上下移动时，导杆将电枢上下移动到相同的位移，磁阻大小在两个磁路上邓家佳。相反方向的变化导致线圈的电感杨怡增加。第17页，图4-4是可变气隙、可变面积和螺纹管三种茄子类型的差动自传感器结构图。电枢3牙齿移动将增加一个线圈的电感杨怡，减少另一个线圈的电感杨怡，形成微分形式。图4-4差动式磁传感器1-线圈2-芯3-继电器4-导轨，(a)可变气隙类型，(b)可变面积类型，(c)管，第18页，可变气隙差动磁传感器，继电器，20线性性好。灵敏度增加了一倍。也就是说，当电枢位移相同时，输出信号将加倍。温度变化、功率波动、外部干扰

4、等对传感器精度的影响会徐璐抵消，因此减少。电磁吸力对测量力变化的影响也将徐璐抵消，因此减少。第21页，三种茄子类型的比较：气隙自感传感器灵敏度高，主要缺点是非线性严重度，为了限制线性误差，显示范围可能较小。它的自由行程很小。因为系铁在运动方向上受铁芯限制，组装困难。截面型自感知传感器灵敏度低，截面型的优点是线性度好，显示值范围可以更大。螺纹管自感传感器比单面型灵敏度低，但显示范围大，线性度好，应用广泛。第22页，螺纹管自感传感器，特点：测量范围，数百毫米，灵敏度低，大量直线位移。差动螺旋管自感应传感器，测量范围1 200毫米线性也包括0.1%分辨率0.01um，23页，4.1.4自感应传感器的

5、等效电路，实际传感器中线圈不能是纯电感，包括线圈的铜损耗电阻RC。铁芯涡流损耗电阻re；由于线圈和测量设备电缆的访问，线圈特有的电容和电缆的分布电容(用集中参数C表示)牙齿。图4-6等效电路，第24页，4.1.5自感应传感器测量电路，1 .电阻平衡臂交流桥，图4-7交流桥，两个差动传感器线圈是桥的两个工作臂(Z1，Z2是两个差动传感器线圈的复杂阻抗)，初始设置Z1=z2=z=rsjlR1=R2=R；L1=L2=L0。第25页，差动气隙磁感应传感器：如图所示，桥输出电压为相关，相位与电枢移动方向相关。因为是交流信号，必须通过适当的电路(例如相位检测电路)才能确定继电器位移的大小和方向。26页，7

6、5，50，25，0，50，75，100，l/MH，l/mm，说明：前如果电枢向上移动为负值，则U0为负值。如果电枢向下移动到正数，则U0为正数，相位差为180。第27页，第2页，变压器交流桥，第28页，图4-8变压器交流桥，桥A点的电位，B点电位，桥双臂Z1，Z2移动传感器线圈阻抗，第29页，初始位置，电枢下移；因为是交流信号，电枢位移的大小和方向也要经过上感检波电路处理。第31页，变压器桥与电阻平衡臂桥相比，组件少，输出阻抗小，桥打开时具有电路线性优势，但变压器边未接地，容易在原边产生静电感应电压，故高增益放大器不起作用。第32页，第3页。紧密连接的电感臂交流桥、图4-9紧密连接的电感臂桥、

7、紧密连接的电感臂交流桥将差动电感传感器的两个线圈用作桥梁工作臂，紧密连接的两个电感构成固定臂的桥电路。通过这种电路测量，可以消除与电感手臂平行的分布电容分布对输出信号的影响，从而稳定桥梁平衡，简化接地和屏蔽问题。第33页，4.2.1拦截传感器的结构和工作原理分孔空隙型和螺纹管两个茄子。目前使用了很多螺旋差动变压器。4.2相互传感器-差动变压器传感器，第一线圈2.3第二线圈；4电枢，第34页，(E)，(F)可变面积差动变压器，(A)，(B)可变间隙差动变压器，(C)，(D)螺线管差动变压器，第35页，变压器。主要包括电熨斗、初级绕组、二次绕组、线圈架等。一次和二次绕组的联接器可以随着电枢的移动而

8、变化。也就是说，绕组之间的相互感觉取决于测量的位移的变化。作为差动变压器激励，一级线圈等于变压器的原始边缘，二级线圈与结构尺寸和参数两个线圈以徐璐相反的方向连接，以微分方式输出，等于变压器的二级边缘。所以牙齿传感器称为差动变压器式电感传感器，通常称为差动变压器。第36页，螺纹管差动变压器有一级，根据二级排列，二级，三节，四节，五节等。，图4-10差动变压器线圈各种排列初级线圈；二次线圈；3系铁，(a) 2节式(b) 3节式(c) 4节式(d) 5节式，3节式零点电位较小，2节式高于3节式灵敏度，线性范围大，4节式和5节式提高了传感器线性度。第37页，差动变压器的等效电路，差动变压器在理想情况下

9、工作(忽略旋涡损失、迟滞现象损失、分布电容等影响)的等效电路：M1，M2第一绕组和第二绕组之间的相互电感；LP、RP第一绕组的电感和有效电阻(损耗电阻)LS1、LS2第二绕组电感；RS1、RS2二次绕组的有效电阻(损失电阻)；第38页，如果电枢移动到第二绕组LS1，则互感M1牙齿增加，M2减少，如果第二绕组LS1的感应电动势大于第二绕组LS2内的感应电动势，则差动变压器输出电动势不等于0牙齿。传感器范围内电枢位移越大，差动输出电动势越大。电枢向辅助绕组LS2移动时，差动输出电动势仍不是0牙齿，但移动方向发生了变化，输出电动势相反。因此，通过差动变压器输出电动势的大小和相位，可以知道电枢位移量的

10、大小和方向。第39页，第二次打开时，主绕组的交流电流为：二次绕组的感应电动势为：由于二次绕组的反向连接，差动变压器输出电压为40页。有效值包括铁芯位于中间位置时M1=M2=M，U0=0。M2=M，U1等极性，U2等极性，41页，e21，e22，差动变压器输出电势与继电器变位X的关系。其中x表示电枢偏离中心位置的距离。图4-12差动变压器输出特性，第42页，第1页，1页，激励电压大小和频率的影响激励电源电压宽度的变化，使线圈激发磁场的磁通量发生变化，直接影响输出电势。频率的变动只要适当地选择频率，就不会产生太大的影响。4.2.2差动变压器的输出特性，第43页，第2页，温度变化的影响环境温度的变化

11、导致线圈和磁铁磁导率的变化，线圈磁场的变化引起温度漂移。线圈质量系数低，影响更加严重，因此使用恒流源激励比恒压源激励更有利。适当提高线圈质量系数，使用差动电桥，可以降低温度的影响。44页，3，0剩余电压差动变压器的电枢在中间位置时，在理想条件下其输出电压为0。但是，实际上，在使用桥电路时，零点处仍保留着从0点几mV到数十mV的较小电压值(称为0点剩余电压)牙齿。图是放大的零点剩余电压的输出特性。零剩余电压的存在导致零附近的不敏感区域。零点剩余电压输入放大器能饱和放大器的末端，影响电路正常运行等。，45页，1基波正交分量，(a)剩余电压的波形，(b)波形分析，Ui，UZ 磁感L和损耗电阻R)不能

12、相同，因此产生了二次绕组的柔道电动势值，并且与初级线圈中铜损耗电阻及导磁性材料的铁损耗和材料的不均匀性、线圈间电容存在等导致激励电流产生的磁通相位不同。第47页，谐波分量主要由磁性材料磁化曲线的非线性引起。受迟滞现象损失和铁磁饱和的影响，激励电流与磁通波形不匹配，产生郑智薰正弦(主要是三次谐波)磁通量，在第二次绕组中检测郑智薰正弦电势。此外，这里的电流波形失真，其中包含谐波分量，因此0点剩余电压可能产生谐波分量。(David aser，Northern Exposure(美国电视电视剧)，第48页，1设计和工艺结构对称性，为了确保线圈和磁路的对称性，首先要提高加工精度，线圈选择是成对的，磁路可

13、以调整结构。其次，必须选择高渗透率、低矫顽力、低残留磁感应的导电材料。另外，还需要通过热处理消除残余应力，提高磁性能的均匀性和稳定性。根据谐波产生的因素，磁路工作点必须选择磁化曲线的线性段。0点剩余电压消除方法：第49页，采用镶嵌检波电路，不仅可以鉴别继电器移动方向，还可以消除因高阶谐波引起的零点剩余电压。例如，在镶嵌检测后，将铁饼行程时间的特性曲线从1改为2，消除了0点剩余电压。相位检测后的输出特性、2选择适当的测量电路、使用50页、3赔偿电路、差动变压器二次绕组侧弦、并行适当值的电阻、电容组件、调整这些组件时，可以减少零点残值。在二次绕组方面并行电容。由于两个辅助线圈检测电压相位不同，并行

14、电容可以改变绕组的相位，并行电阻R利用R的分流作用改变流入传感器线圈的电流，从而改变磁化曲线的工作点，减少谐波产生的剩余电压。第51页，串行电阻R可以调整次级线圈的电阻元件。第52页，在第二线圈侧，并行电位器W改变第二线圈输出电压的相位，以调整传记0。电容c防止在电位器曹征时进行零牙齿移动。访问赔偿线圈L，以防止负载在纯电阻之外的0点剩余电压增大。第53页，4.2.3差动变压器测量电路，1 .差分整流电路，图4-14传播差分整流电路，无论二次线圈的输出瞬时电压极性如何，整流电路输出电压U0总是等于R1，R2两种电阻之间的电压差。(C到D，G到H)，第54页，根据半导体次级管道的单向传导原理。如果传感器的一个次级线圈的输出瞬时电压极性在E点为“”，F点为“”，则电流路径为eacdbf。相反，如果e点为“”，f点为“”，则电流路径为fbcdae。不管辅助线圈的输出瞬时电压极性如何，通过电阻R1的电流总是从C到D。同样，如果分析其他二次线圈的输出，就会发现通过电阻R2的电流总是从G流到H。输出电压U0始终等于R1、R2电阻两个电压差。第55页，铁芯排在第0位，铁芯排在第0位，铁芯排在第0