電感式傳感器及應(yīng)用-差動(dòng)變壓器式傳感器（傳感技術(shù)課件）

任務(wù)4.1自感式傳感器任務(wù)4.2差動(dòng)變壓器式傳感器項(xiàng)目4電感式傳感器及應(yīng)用任務(wù)4.3電渦流式傳感器電橋兩臂Z1、Z2為傳感器線圈阻抗，另外兩橋臂為交流變壓器次級(jí)線圈的1/2阻抗。當(dāng)負(fù)載阻抗為無窮大時(shí)，橋路輸出電壓為:當(dāng)傳感器的銜鐵處于中間位置，即Z1=Z2=Z，此時(shí)有，電橋平衡。變壓器式交流電橋4.2差動(dòng)變壓器式傳感器當(dāng)傳感器銜鐵上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ，當(dāng)傳感器銜鐵下移：如Z1=Z－ΔZ，Z2=Z+ΔZ，可知：銜鐵上下移動(dòng)相同距離時(shí)，輸出電壓相位相反，大小隨銜鐵的位移而變化。電橋輸出電壓既能反映被測體位移量的大小，又能反映位移量的方向，且輸出電壓與電感變化量成線性關(guān)系。但由于是交流電壓，輸出指示無法判斷位移方向，必須配合相敏檢波電路來解決。變壓器式交流電橋帶相敏整流的交流電橋

Z1、Z2和兩個(gè)R構(gòu)成了交流電橋，差動(dòng)自感傳感器的兩個(gè)線圈Z1、Z2作為兩個(gè)相鄰的橋臂，平衡電阻為另外兩個(gè)橋臂；VD1～VD4四只二極管組成相敏整流電路。為供橋交流電壓，U0為測量電路的輸出電壓，由零值居中的直流電壓表指示輸出電壓的大小和極性。工作原理（1）初態(tài)時(shí)：由于動(dòng)鐵居中，即Z1=Z2=Z，由于橋路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，此時(shí)UB=UC，即Uo=0。（2）動(dòng)鐵上移時(shí)：Z1↑=Z+ΔZ，Z2↓=Z－ΔZ，即Z1＞Z2→I1＜I2，此時(shí)Uo=UB－UC=UBD+UDC=I1R－I2R=R（I1－I2）＜0指示表指針左偏，讀數(shù)為負(fù)，表明動(dòng)鐵在上移。（3）動(dòng)鐵下移時(shí)：Z1↓=Z－ΔZ，Z2↑=Z+ΔZ，即Z2＞Z1→I1＞I2，此時(shí)Uo=UB－UC=R（I1－I2）＞0指示表指針右偏，讀數(shù)為正，表明動(dòng)鐵在下移。工作原理當(dāng)被測壓力進(jìn)入C形彈簧管時(shí)，C形彈簧管產(chǎn)生變形，其自由端發(fā)生位移，帶動(dòng)與自由端連接成一體的銜鐵運(yùn)動(dòng)，使線圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等、符號(hào)相反的變化。即一個(gè)電感量增大，另一個(gè)電感量減小。電感的這種變化通過電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出。由于輸出電壓與被測壓力之間成比例關(guān)系，所以只要用檢測儀表測量出輸出電壓，即可得知被測壓力的大小。變隙式差動(dòng)電感壓力傳感器自感式傳感器的應(yīng)用變氣隙式電感測厚儀原理圖自感式傳感器的應(yīng)用圖示為自感式測厚儀，采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)被測物的厚度發(fā)生變化時(shí)，引起測桿上下移動(dòng)，帶動(dòng)銜鐵產(chǎn)生位移，從而改變了上、下氣隙的距離，使線圈的電感量發(fā)生相應(yīng)的變化，此電感變化量經(jīng)過交流電橋測量后，送測量儀表顯示，其大小與被測物的厚度成正比。差動(dòng)變壓器是把被測位移量轉(zhuǎn)換為一次線圈與二次繞組間的互感量M的變化的裝置。由于兩個(gè)二次線圈采用差動(dòng)接法，故稱為差動(dòng)變壓器。目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式是螺線管式差動(dòng)變壓器。差動(dòng)變壓器式傳感器（互感傳感器）螺管型差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器原理圖在差動(dòng)變壓器的線框上繞有一個(gè)輸入繞組（稱一次繞組）；在同一線框的上端和下端再繞制兩個(gè)完全對(duì)稱的繞組（稱二次線圈），它們反向串聯(lián)（輸出電壓相互抵消），組成差動(dòng)輸出形式?；咎匦援?dāng)磁芯位于線圈中心位置時(shí)，U1=U2，UO=0；當(dāng)次級(jí)開路時(shí)，初級(jí)線圈的交流電流為：次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)為：差動(dòng)變壓器的空載輸出電壓為：

其幅值為：基本特性⑴磁芯處于中間平衡位置時(shí)

M1=M2=MUO=0⑵磁芯上升時(shí)

M1=M+ΔM,M2=M-ΔM基本特性⑶磁芯下降時(shí)設(shè)M1=M-ΔM,M2=M+ΔM

基本特性靈敏度與線性度差動(dòng)變壓器的靈敏度是指銜鐵移動(dòng)單位位移時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓的變化，即輸出電壓與輸入位移變化量之比。一般可達(dá)10mV/(mm)，行程越小，靈敏度越高。線性度特性曲線圖4.14差動(dòng)變壓器線性范圍約為線圈骨架長度的1/10左右。例：欲測量Φ120mm2mm軸的直徑誤差，應(yīng)選擇線圈骨架長度為多少的差動(dòng)變壓器（或電感傳感器）為宜？（注：Δx=4mm）提高差動(dòng)變壓器的靈敏度可采用如下途徑：①在初級(jí)線圈熱容量允許范圍內(nèi)適當(dāng)增加激勵(lì)電壓U1。②在低頻段，適當(dāng)增加激勵(lì)頻率，也可以提高靈敏度。見書上圖4.12和圖4.13的關(guān)系曲線。靈敏度與線性度③適當(dāng)增加動(dòng)鐵芯截面積，以減小磁路磁阻，同時(shí)減小鐵損。④適當(dāng)增加次級(jí)線圈的匝數(shù)N2，一般取N2=（1～2）N1。測量電路1．反串電路靈敏度只有反串電路的一半?？衫肦P進(jìn)行電氣調(diào)零，不再需要另外配置調(diào)零電路?？蛰d輸出電壓2．橋路測量電路-3．差動(dòng)整流電路電路是以兩個(gè)橋路整流后的直流電壓之差作為輸出的，所以稱為差動(dòng)整流電路。它不但可以反映位移的大小（電壓的幅值），還可以反映位移的方向。測量電路4.相敏檢波電路全波電路測量電路相敏整流放大器單片集成電路LZXI

功能：把輸入交流信號(hào)經(jīng)過全波整流后變?yōu)橹绷餍盘?hào)，并能鑒別輸入信號(hào)相位等功能。應(yīng)用舉例測量振動(dòng)：加速度計(jì)用傳感器工作原理：測量時(shí)，將懸臂梁底座及差動(dòng)變壓器的線圈骨架固定，將銜鐵的A端與被測動(dòng)體相連。當(dāng)被測體帶動(dòng)銜鐵以Δx(t)振動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致差動(dòng)變壓器的輸出電壓變化。壓力測量它適用于于測量各種生產(chǎn)流程中液體、水蒸及氣體壓力壓力轉(zhuǎn)換為位移的彈性敏感元件為膜盒（當(dāng)膜盒的膜片兩側(cè)存在壓差時(shí)，