《傳感器與檢測技術》電感傳感器Co

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01自感式傳感器02差動變壓式傳感器03電渦流式傳感器04差動變壓器零點殘余電壓補償實驗01SENSORSANDAUTOMATICDETECTIONTECHNOLOGY自感式傳感器一、自感式傳感器(1)結構與原理

自感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵3部分組成。在鐵芯和銜鐵之間有氣隙。當銜鐵移動時，氣隙厚度發(fā)生改變，導致電感線圈的電感值變化，只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。1.線圈；2.鐵芯（定鐵芯）；3.銜鐵（動鐵芯）一、自感式傳感器

(a)（b）（c）a.變氣隙型b.變面積型c.螺管型1.線圈；2.鐵芯；3.銜鐵；4.導桿在實際使用中，常采用兩個相同的傳感器線圈共用一個銜鐵，構成差動式電感傳感器。差動式結構除了可以改善線性、提高靈敏度外，對溫度變化、電源頻率變化等影響也可以進行補償，從而減少了外界影響造成的誤差。一、自感式傳感器(2)測量電路1.交流電橋式測量電路把傳感器的兩個線圈作為電橋的兩個橋臂和，另外兩個相鄰的橋臂用純電阻代替，如圖所示。交流電橋式測量電路一、自感式傳感器2.變壓器式交流電橋電橋兩臂Z1、Z2為傳感器線圈阻抗，另外兩橋臂為交流變壓器次級線圈的1/2阻抗。當傳感器的銜鐵處于中間位置，即Z1=Z2=Z時，有U0=0，電橋平衡。交流變壓器式測量電路一、自感式傳感器(3)應用1.變氣隙式電感式壓力傳感器它由膜盒、鐵芯、銜鐵及線圈等組成，銜鐵與膜盒的上端連在一起。當壓力傳入膜盒時，膜盒的頂端在壓力P的作用下產生與壓力P大小成正比的位移。于是銜鐵也發(fā)生移動，從而使氣隙發(fā)生變化，流過線圈的電流也發(fā)生相應的變化，電流表指示值就反映了被測壓力的大小。1.銜鐵；2.鐵芯；3.線圈；4.膜盒一、自感式傳感器2.變氣隙式差動電感壓力傳感器它主要由C形彈簧管、銜鐵、鐵芯和線圈等組成。當被測壓力進入C形彈簧管時，C形彈簧管產生變形，其自由端發(fā)生位移，帶動與自由端連接成一體的銜鐵運動，使線圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等、符號相反的變化，即一個電感量增大，另一個電感量減小。變氣隙式差動電感壓力傳感器02SENSORSANDAUTOMATICDETECTIONTECHNOLOGY差動變壓式傳感器二、差動變壓式傳感器(1)結構與原理

差動變壓器是把被測的非電量變化轉換成繞組互感量的變化。差動變壓器結構形式較多，有變隙式、變面積式和螺線管式等，應用最多的是螺線管式差動變壓器，它可以測量1～100mm機械位移，并具有測量精度高、靈敏度高、結構簡單、性能可靠等優(yōu)點。1.鐵芯；2.導磁外殼；3.骨架；5.初級繞組；4、6.次級繞組二、差動變壓式傳感器差動變壓器式傳感器的等效電路

差動變壓器傳感器中的兩個次級繞組反相串聯，當初級繞組加以激勵電壓時，在兩個次級繞組中便會產生感應電勢。當活動銜鐵處于初始平衡位置時，必然會使兩互感系數，將有，因而有，即差動變壓器輸出電壓為零。二、差動變壓式傳感器1.實際特性曲線；2.理論特性曲線

當活動銜鐵向上移動時，由于磁阻的影響，W2a中磁通將大于W2b，使，因而e2a增加，而e2b減小。反之，e2b增加，e2a減小。因為，所以當e2a和e2b隨著銜鐵位移x變化時，U0也必將隨x而變化。二、差動變壓式傳感器(2)測量電路1.差動整流電路差動整流電路還可以接成全波電壓輸出和全波電流輸出的形式。根據差動輸出電壓的大小和方向就可以判斷出被測量（如位移）的大小和方向，不需要考慮相位調整和零點殘余電壓的影響。a.全波電流輸出b.全波電壓輸出c.半波電流輸出d.半波電壓輸出二、差動變壓式傳感器相敏檢波電路2.相敏檢波電路相敏檢波電路要求比較電壓與差動變壓器二次輸出電壓頻率相同，相位相同或相反。為了保證這一點，通常在電路中接入移相電路。二、差動變壓式傳感器(3)應用差動變壓器式傳感器可以直接用于位移測量，也可以測量與位移有關的任何機械量，如振動、加速度、應變、比重、張力和厚度等。差動變壓器式加速度傳感器由懸臂梁和差動變壓器構成，它的位移與被測加速度成正比，使加速度測量轉變?yōu)槲灰频臏y量。1.差動變壓器；2.懸臂梁03SENSORSANDAUTOMATICDETECTIONTECHNOLOGY電渦流式傳感器三、電渦流式傳感器

塊狀金屬導體置于變化磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，金屬導體內將會產生旋渦狀的感應電流，該現象稱為電渦流效應。函數關系式為：Z=F(ρ,μ,r,f,x)如果保持上式中其他參數不變，而只使其中一個參數發(fā)生變化，則傳感器線圈的阻抗Z就僅僅是這個參數的單值函數，即可實現對該參數的測量。(1)結構與原理1.金屬導體；2.線圈三、電渦流式傳感器1.調頻式電路傳感器線圈接入LC振蕩回路，當傳感器與被測導體距離x改變時，在渦流影響下，傳感器的電感變化，將導致振蕩頻率的變化。(2)測量電路調頻式測量電路示意圖三、電渦流式傳感器2.調幅式電路當金屬導體遠離或去掉時，LC并聯諧振回路諧振頻率即為石英振蕩頻率f0，回路呈現的阻抗最大，諧振回路上的輸出電壓也最大；當金屬導體靠近傳感器線圈時，線圈的等效電感L發(fā)生變化，導致回路失諧，從而使輸出電壓降低，L的數值隨距離x的變化而變化。調幅式測量電路示意圖三、電渦流式傳感器1.低頻透射式電渦流厚度傳感器如果將被測金屬板放入兩線圈之間，則L1線圈產生的磁場將導致在金屬板中產生電渦流，并將貫穿金屬板，金屬板越厚，渦流損失就越大，電壓U2就越小。因此，可根據U2電壓的大小得知被測金屬板的厚度。(3)應用透射式渦流厚度傳感器原理圖三、電渦流式傳感器2.電渦流式轉速傳感器隨著輸入軸的旋轉，從振蕩器輸出的信號中包含有與轉速成正比的脈沖頻率信號。該信號由檢波器檢出電壓幅值的變化量，然后經整形電路輸出頻率為fn的脈沖信號。該信號經電路處理便可得到被測轉速。3.高頻反射式電渦流厚度傳感器為了克服帶材不夠平整或運行過程中上、下波動的影響，在帶材的上、下兩側對稱地設置了兩個特性完全相同的渦流傳感器S1和S2。兩傳感器的輸出電壓之和為2Uo，數值不變。三、電渦流式傳感器4.高頻反射式電渦流位移傳感器電渦流位移計是根據高頻反射式渦流傳感器的基本原理制作的。電渦流位移計可以用來測量各種形狀試件的位移量。04SENSORSANDAUTOMATICDETECTIONTECHNOLOGY差動變壓器零點殘余電壓補償實驗四、差動變壓器零點殘余電壓補償實驗

由于差動變壓器兩只次級線圈的等效參數不對稱，初級線圈的縱向排列不均勻性，次級線圈的不均勻，不一致性，鐵芯的B-H特性非線性等，因此在鐵芯處于差動線圈中間位置時其輸出并不為零，稱其為零點殘余電壓。(1)實驗原理四、差動變壓器零點殘余電壓補償實驗(1)安裝好差動變壓器，利用示波器觀測并調整信號源“Us100”輸出為4KHz，2V峰－峰值；按圖接線。(2)實驗模塊R1、C1、RW1、RW2為電橋單元中的調平衡網絡。(3)用示波器監(jiān)測放大器輸出；(4)調整測微頭，使放大器輸出信號最小。(5)依次調整RW1、RW2，使示波器顯示的電壓輸出波形幅值降至最小。(6)此時示波器顯示即為零點殘余電壓的波形。(2)實驗步驟四、差動變壓器零點殘余電壓補償實驗(7)記下差動變壓器的零點殘余電壓值峰－峰值（Vp-p）。（注：這時的零點殘余電壓經放大后的零點殘余電壓