第4章电感传感器.ppt
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1、第四章 电感式传感器,第一节 自感式电感传感器,电感式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成线圈电感量(自感或互感)的变化,再经过转换电路变成电信号输出。,先看一个实验:,将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后,接到机床用控制变压器的36V交流电压源上,如图4-1所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心(称为衔铁)往下按,我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时,毫安表的读数只剩下十几毫安。,1.变间隙型: 2.变面积型 3.螺线管型 4.差动型,电感传感器的基本工作原理演示,F,220V,准备工作,电感传感器的基本工作原理演示,气隙变小
2、,电感变大,电流变小,F,一、自感式电感传感器的工作原理 (一)变间隙型电感传感器,磁路总磁阻:,故:,考虑铁磁材料的磁阻相对很小,则:,特点:灵敏、线性差、装配难,可见:传感器的灵敏度随气隙的增大而减小。 为了改善非线性,气隙的相对变化量要很小, 但过小又将影响测量范围。- 因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合,(二)变面积型电感传感器,仍有:,两种传感器的特性曲线,特点:灵敏稍差、线性较好、量程大。,电感传感器的输出特性 a)变隙式电感传感器的-L特性曲线 b)变面积式电感传感器的A-L特性曲线 1实际输出特性 2理想输出特性,(三)螺管型电感式传感器,线圈,衔铁,总长,线圈半径
3、,插入长度,衔铁半径,特点:灵敏稍差、线性好、量程大、易批量生产,应用广泛。,有效磁导率,(四)差动式电感传感器,结构要求:两个线圈几何尺寸完全相同 铁心安装完全对称。 特点:提高灵敏度、改善线性度、可以补偿温度变化、电源频率变化的影响。,+L,-L,螺线管型,变间隙型,变面积型,+L,-L,+L,-L,二、自感式电感传感器的测量电路-交流电桥 (一)电阻平衡臂电桥,考虑:,输出对称电桥,单臂测量时:,双臂差动测量时:,可见:输出电压与电感的相对变化量呈近似正比关系。,(二)变压器式电桥,+Z,-Z,当衔铁上移,使 Z1=Z+Z,Z2=Z-Z时,,反之:,由于是交流电,所以要经过适当电路 才能
4、判断衔铁位移的大小和方向,* 一种带有相敏整流的交流电桥,电压表读数大小反映衔铁的位移;电压表极性反映移动方向。,衔铁在中间位置时,无论正负半周,C、D两点等电位,电桥平衡,输出UCD=0V。,当衔铁上移,D点将比C点电位高,认为电压表正偏。,+L,-L,降低,升高,当衔铁上移,负半周D也比C点电位高,电压表仍正偏。:,结论:无论正负半周,只要衔铁上移,电压表头就正转。 位移越多,指针偏转越大。 同理:无论正负半周,只要衔铁下移,电压表头就反转。 位移越多,指针偏转越大。,(三)紧耦合电感臂电桥,该电路理论分析略。,可以消除与电感臂并联的 分布电容对输出信号的影响,第二节 差动变压器,一、工作
5、原理,当铁心位于正中,,当铁心左移,E2增大,当铁心右移,E2减小,因两个副边反向串联,一次绕组 原边,二次绕组 -副边1,二次绕组 -副边2,铁心,E2的计算:,差动变压器的输出特性曲线:,差动变压器运行中存在的问题: 零点残余电动势 主要是由传感器的两个二次绕组的电气参数和几何尺寸不对称,以及磁性材料的非线性等引起的。,减小零点残余电动势的方法: 1.从制造工艺上减小残余电动势。 2.选择利于消除残余电动势的测量电路,如相敏整流电路 3.采用补偿电路,调整元件参数,消除残余电动势。,减小残余电动势的 补偿电路,二、差动变压器的测量电路,(一)差动相敏检波电路,当铁心位于正中时,电路对称,输
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