CH 4-6 電感式傳感器

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1、 第第4 4章章 電感傳感器電感傳感器下頁下頁返回返回 主講人：李秀媛主講人：李秀媛2013-8圖庫圖庫 第二部分第二部分 常用傳感器常用傳感器第第4 4章章 電感式傳感器電感式傳感器下頁下頁返回返回圖庫圖庫 電感式傳感器是利用電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)把被測的物理量把被測的物理量轉(zhuǎn)換成線轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化的傳感器。的傳感器。電感式傳感器的測量核心是變化的自感或變化的互感，電感式傳感器的測量核心是變化的自感或變化的互感，一般要利用磁場作為媒介或利用鐵磁體的某些現(xiàn)象，這類傳一般要利用磁場作為媒介或利用鐵磁體的某些現(xiàn)象，這類傳感器的主要特征是具

2、有線圈繞組。感器的主要特征是具有線圈繞組。堡盟測距系列IWFM 08電感式堡盟的新型高級鋼傳感器下頁下頁返回返回主流的電感式傳感器生產(chǎn)廠家：主流的電感式傳感器生產(chǎn)廠家：1 1）TURCKTURCK（圖爾克）（圖爾克）是全球著名的自動化品牌，旗下囊括近是全球著名的自動化品牌，旗下囊括近15000 15000 種豐富多樣的傳感器產(chǎn)品過程自動化產(chǎn)品和各類接口種豐富多樣的傳感器產(chǎn)品過程自動化產(chǎn)品和各類接口及接插件產(chǎn)品，為工廠自動化及過程自動化提供了高效率和及接插件產(chǎn)品，為工廠自動化及過程自動化提供了高效率和系統(tǒng)化的全方位解決方案。系統(tǒng)化的全方位解決方案。2 2）19521952年，在瑞士年，在瑞士Fr

3、auenfeldFrauenfeld成立的制造機電設(shè)備的成立的制造機電設(shè)備的堡盟堡盟公司公司。已經(jīng)享譽世界。已經(jīng)享譽世界5050多年。凡是有自動化過程或工業(yè)順控多年。凡是有自動化過程或工業(yè)順控需要高精度監(jiān)控與反饋的地方，堡盟電子的產(chǎn)品就能夠提供需要高精度監(jiān)控與反饋的地方，堡盟電子的產(chǎn)品就能夠提供所要求的高精度和高效率所要求的高精度和高效率圖庫圖庫電感式傳感器的特點：電感式傳感器的特點：1 1）結(jié)構(gòu)簡單，無活動電觸點結(jié)構(gòu)簡單，無活動電觸點-工作可靠，使用壽命長。工作可靠，使用壽命長。2 2）靈敏度和分辨率高。例如：最小分辨率的線位移）靈敏度和分辨率高。例如：最小分辨率的線位移0.01um0.01

4、um，輸出信號強，輸入線位移，輸出信號強，輸入線位移1mm1mm，轉(zhuǎn)換成輸出電壓數(shù)百毫伏。，轉(zhuǎn)換成輸出電壓數(shù)百毫伏。3 3）線性度和重復性好。）線性度和重復性好。一、自感式傳感器的工作原理一、自感式傳感器的工作原理下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫當匝數(shù)為當匝數(shù)為N N的線圈通以電流的線圈通以電流I I產(chǎn)生產(chǎn)生磁鏈磁鏈 。磁鏈和線圈電流的比。磁鏈和線圈電流的比值稱為線圈的電感值稱為線圈的電感L L。磁通磁通 與電路的總磁阻有關(guān)與電路的總磁阻有關(guān)金屬電纜的磁阻很小，空氣隙的磁金屬電纜的磁阻很小，空氣隙的磁阻較大。阻較大。綜上分析：電感值與以下幾個參數(shù)綜上分析：電感值與以下幾個參數(shù)有關(guān)：與有關(guān)：與線

5、圈匝數(shù)線圈匝數(shù)N平方平方成正比；成正比；與與空氣隙有效截面積空氣隙有效截面積S成正比；與成正比；與空氣隙長度空氣隙長度l所反比。所反比。u u是磁導率。是磁導率。一、自感式傳感器的工作原理一、自感式傳感器的工作原理 下下頁頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫自感式傳感器原理圖自感式傳感器原理圖可變空氣隙的厚度可變空氣隙的厚度可變空氣隙的面積可變空氣隙的面積1 1、可變空氣隙厚度型、可變空氣隙厚度型下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫從電感量的公式看出，電感從電感量的公式看出，電感L和空氣隙截面積和空氣隙截面積S成正比，和厚度成正比，和厚度x成反比，成反比，是空氣的磁導率。是空氣的磁導率。當滿足當滿足x/x0

6、 x/x01 1時，時，K K的值僅與的值僅與L0L0和和x0 x0有關(guān)。有關(guān)。忽略二次項以后的值，忽略二次項以后的值，可變空氣隙厚度型傳感器靈敏度為：可變空氣隙厚度型傳感器靈敏度為：實踐意義實踐意義：從提高靈敏度的角度看，初始空氣隙從提高靈敏度的角度看，初始空氣隙x x0 0應(yīng)盡量小。應(yīng)盡量小。其結(jié)果是被測量的范圍也變小。同時，靈敏度的非線性也其結(jié)果是被測量的范圍也變小。同時，靈敏度的非線性也將增加。因此，初始空氣隙將增加。因此，初始空氣隙x x0 0的厚度有一定限度。的厚度有一定限度。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫1 1、可變空氣隙厚度型、可變空氣隙厚度型靈敏度靈敏度只有滿足只有滿足x/

7、x01時，氣隙厚度型傳感器的靈敏度為線性，時，氣隙厚度型傳感器的靈敏度為線性，而且值最大。而且值最大。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫1 1、可變空氣隙厚度型、可變空氣隙厚度型差分電路氣隙型靈敏度為差分電路氣隙型靈敏度為忽略二次項，差分電路氣隙型靈敏度為：忽略二次項，差分電路氣隙型靈敏度為：結(jié)論結(jié)論：差分式傳感器其靈敏度與單極式比較。其靈敏度：差分式傳感器其靈敏度與單極式比較。其靈敏度提高一倍，非線性大大減小。提高一倍，非線性大大減小。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫2 2、可變空氣隙面積型、可變空氣隙面積型電感計算公式：電感計算公式：螺管型自感式傳感器是在螺管線圈中插入一個活動銜鐵，活動螺管

8、型自感式傳感器是在螺管線圈中插入一個活動銜鐵，活動銜鐵的運動引起磁阻的變化。這類型傳感器常做成差動式。當銜鐵的運動引起磁阻的變化。這類型傳感器常做成差動式。當銜鐵在線圈中部，電感為銜鐵在線圈中部，電感為0 0；.自感式傳感器采用的測量電路一般都采用電橋形式。自感式傳感器采用的測量電路一般都采用電橋形式。固定固定x,x,改變改變s,s,可得：可變氣隙面積型靈敏度為線性?？傻茫嚎勺儦庀睹娣e型靈敏度為線性。3 3、螺管型、螺管型下頁下頁上頁上頁返回返回下頁下頁上頁上頁返回返回二、互感式電感傳感器二、互感式電感傳感器圖圖3.28 差動變壓器輸出特性圖差動變壓器輸出特性圖下頁下頁上頁上頁返回返回 （1）

9、工作原理）工作原理 互感型變壓器式電感傳感器是利用被測量變化改變互感系數(shù)互感型變壓器式電感傳感器是利用被測量變化改變互感系數(shù) 來實現(xiàn)的，其實質(zhì)上是一個輸出電壓可變的變壓器，又常采用差動來實現(xiàn)的，其實質(zhì)上是一個輸出電壓可變的變壓器，又常采用差動的形式，故又稱為差動變壓器。其結(jié)構(gòu)形式有多種，應(yīng)用較為普遍的形式，故又稱為差動變壓器。其結(jié)構(gòu)形式有多種，應(yīng)用較為普遍的是螺管型，其結(jié)構(gòu)和工作原理如圖的是螺管型，其結(jié)構(gòu)和工作原理如圖3.27（a）（）（b）所示。傳感器主要由線圈）所示。傳感器主要由線圈（包括一個一次線圈和兩個二次反接線圈）、鐵芯、活動銜鐵三部分組成。理想（包括一個一次線圈和兩個二次反接線圈）

10、、鐵芯、活動銜鐵三部分組成。理想情況下，差動變壓器的等效電路如圖情況下，差動變壓器的等效電路如圖3.27（c）所示。差動變壓器一次線圈加勵磁電壓）所示。差動變壓器一次線圈加勵磁電壓 的角頻率為的角頻率為 ；為為一次線圈有效電阻；一次線圈有效電阻；為一次線圈電感：為一次線圈電感：為一次線圈與二次線圈為一次線圈與二次線圈I之之間的互感；間的互感；為一次線圈與二次線圈為一次線圈與二次線圈之間的互感；之間的互感；為二次線圈為二次線圈I中的感應(yīng)電動勢；中的感應(yīng)電動勢；為二次線圈為二次線圈中的感應(yīng)電動勢；中的感應(yīng)電動勢；為一次線圈勵為一次線圈勵磁電流；磁電流；為二次線圈為二次線圈I的電感；的電感；為二次線

11、圈為二次線圈I的有效電阻；的有效電阻；為二次線圈為二次線圈的的電感；電感；為二次線圈為二次線圈的有效電阻；的有效電阻；為空載時差動變壓器輸出電壓。由等效電為空載時差動變壓器輸出電壓。由等效電路可得：路可得：下頁下頁上頁上頁返回返回 測量前，可動銜鐵處于中間位置，由于二次線圈的參數(shù)相同，測量前，可動銜鐵處于中間位置，由于二次線圈的參數(shù)相同，則則 ，此時，此時 0，變壓器無輸出。測量時，可動銜鐵偏，變壓器無輸出。測量時，可動銜鐵偏移，兩線圈互感量發(fā)生變化，設(shè)移，兩線圈互感量發(fā)生變化，設(shè) ，由于兩，由于兩者為差動，銜鐵在一定范圍內(nèi)有者為差動，銜鐵在一定范圍內(nèi)有 ，故在輸出端開路情，故在輸出端開路情況

12、下，輸出為：況下，輸出為：此式表明：當線圈參數(shù)和此式表明：當線圈參數(shù)和 確定后，變壓器的輸出電壓由二次線圈與一次線圈互確定后，變壓器的輸出電壓由二次線圈與一次線圈互感量的差值感量的差值 決定。而決定。而 與螺管內(nèi)磁場變化有關(guān)，而磁場的變化取決于可移動與螺管內(nèi)磁場變化有關(guān)，而磁場的變化取決于可移動銜鐵的位移量。因此，在銜鐵位移的一定范圍內(nèi)，銜鐵的位移量。因此，在銜鐵位移的一定范圍內(nèi)，與銜鐵位移與銜鐵位移 有近似線性關(guān)有近似線性關(guān)系，輸出特性如圖系，輸出特性如圖3.28所示。所示。下頁下頁上頁上頁返回返回 （2）測量電路）測量電路 差動變壓器的輸出電壓是調(diào)幅波，為辨別銜鐵的移動方向，要差動變壓器的

13、輸出電壓是調(diào)幅波，為辨別銜鐵的移動方向，要進行解調(diào)。常用解調(diào)電路有：差動相敏檢波與差動整流電路。采用進行解調(diào)。常用解調(diào)電路有：差動相敏檢波與差動整流電路。采用解調(diào)電路還可消除零位電壓。解調(diào)電路還可消除零位電壓。1）差動整流電路 圖圖3.29所示為實際的全波相敏整流電路，是根據(jù)半導體二級管單向?qū)ㄔ緸閷嶋H的全波相敏整流電路，是根據(jù)半導體二級管單向?qū)ㄔ磉M行解調(diào)的。如傳感器的一個次級線圈的輸出瞬時電壓極性，在理進行解調(diào)的。如傳感器的一個次級線圈的輸出瞬時電壓極性，在 f點為點為“”，e點為點為“”，則電流路徑是，則電流路徑是fgdche（如圖（如圖3.29(a)）。反之，如）。反之，如f點為

14、點為“”，e點為點為“”，則電流路徑是，則電流路徑是ehdcgf?？梢?，無論次級線圈的輸出瞬時電壓可見，無論次級線圈的輸出瞬時電壓極性如何，通過電阻極性如何，通過電阻R的電流總是從的電流總是從d到到c。同理可分析另一個次級線圈的輸出情。同理可分析另一個次級線圈的輸出情況。輸出的電壓波形見圖況。輸出的電壓波形見圖3.29(b)。2）相敏檢波電路 二極管相敏檢波電路如圖二極管相敏檢波電路如圖3.30所示。所示。U1為差動變壓器輸入電壓，為差動變壓器輸入電壓，U2為為U1的同頻的參考電壓，且的同頻的參考電壓，且U2U1，它們作用于相敏檢波電路中兩個變壓器，它們作用于相敏檢波電路中兩個變壓器B1和和B

15、2。下頁下頁上頁上頁返回返回下頁下頁上頁上頁返回返回下頁下頁上頁上頁返回返回3.3.3 電感傳感器的應(yīng)用 差動變壓器式傳感器的應(yīng)用非常廣泛。凡是與位移有關(guān)的物理量均可經(jīng)過它差動變壓器式傳感器的應(yīng)用非常廣泛。凡是與位移有關(guān)的物理量均可經(jīng)過它轉(zhuǎn)換成電量輸出。常用于測量振動、厚度、應(yīng)變、壓力、加速度等各種物理量。轉(zhuǎn)換成電量輸出。常用于測量振動、厚度、應(yīng)變、壓力、加速度等各種物理量。（1）微壓力變送器 將差動變壓器和彈性敏感元件（膜片、膜盒和彈簧管等）相結(jié)合，可以組成將差動變壓器和彈性敏感元件（膜片、膜盒和彈簧管等）相結(jié)合，可以組成各種形式的壓力傳感器。圖各種形式的壓力傳感器。圖3.32是微壓力變送器

16、的結(jié)構(gòu)示意圖是微壓力變送器的結(jié)構(gòu)示意圖。下頁下頁上頁上頁返回返回 （2）差動式電感測厚儀 差動式電感測厚儀由電橋式相敏檢波測量電路組成，如圖3.33所示。（3）差動式電感液位測量儀 圖圖3.34所示為液位測量原理圖。當液位不變時，鐵芯處中間位置，無輸出電所示為液位測量原理圖。當液位不變時，鐵芯處中間位置，無輸出電壓。當液位增加或降低時，鐵芯上移或下移，其輸出電壓經(jīng)交流放大、相敏檢波壓。當液位增加或降低時，鐵芯上移或下移，其輸出電壓經(jīng)交流放大、相敏檢波及相關(guān)測量電路處理后，得到液面的高度。及相關(guān)測量電路處理后，得到液面的高度。下頁下頁上頁上頁返回返回下頁下頁上頁上頁返回返回3.1.3 3.1.3

17、 等效電路等效電路 自感式傳感器從電路角度來看并非純電感，它既自感式傳感器從電路角度來看并非純電感，它既有線圈的銅耗，又有鐵心的渦流及磁滯損耗，這可有線圈的銅耗，又有鐵心的渦流及磁滯損耗，這可用折合的有功阻抗用折合的有功阻抗R Rq q表示。此外，無功阻抗除電感表示。此外，無功阻抗除電感之外還包括繞組間分布電容。這部分電容用集總參之外還包括繞組間分布電容。這部分電容用集總參數(shù)數(shù)C C表示，一個電感線圈的完整等效電路可用圖表示，一個電感線圈的完整等效電路可用圖3-43-4表示。表示。圖圖3-4 3-4 電感線圈等效電路電感線圈等效電路 (3-7)(3-7)式中式中 R Rm m 磁路總磁阻；磁路

18、總磁阻；Z Zm m 鐵心部分的磁阻抗；鐵心部分的磁阻抗；Z Z0 0 空氣隙的磁阻抗?？諝庀兜拇抛杩?。圖圖15-9 15-9 取樣保持原理取樣保持原理下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3.1.4 3.1.4 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 自感式傳感器實現(xiàn)了把被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡姼凶愿惺絺鞲衅鲗崿F(xiàn)了把被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡姼辛康淖兓榱藴y出電感量的變化，同時也為了送量的變化。為了測出電感量的變化，同時也為了送入下級電路進行放大和處理，就要用轉(zhuǎn)換電路把電入下級電路進行放大和處理，就要用轉(zhuǎn)換電路把電感變化轉(zhuǎn)換成電壓感變化轉(zhuǎn)換成電壓(或電流或電流)變化。把傳感器電感接變化。把傳感器電感接入不同的轉(zhuǎn)換電路后，原則上

19、可將電感變化轉(zhuǎn)換成入不同的轉(zhuǎn)換電路后，原則上可將電感變化轉(zhuǎn)換成電壓電壓(或電流或電流)的幅值、頻率、相位的變化，它們分的幅值、頻率、相位的變化，它們分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相電路。別稱為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相電路。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3.1.4 3.1.4 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路一、調(diào)幅電路一、調(diào)幅電路 調(diào)幅電路的一種主要形式是交流電橋。圖調(diào)幅電路的一種主要形式是交流電橋。圖3-5(a)3-5(a)所示為交流電橋的一般形式。橋臂所示為交流電橋的一般形式。橋臂ZiZi可以是電阻、可以是電阻、電抗或阻抗元件。當空載時，其輸出稱為開路輸出電抗或阻抗元件。當空載時，其輸出稱為開路輸出電壓，表達式如下。式

20、中電壓，表達式如下。式中U U為電源電壓。為電源電壓。圖圖3-5 3-5 交流電橋的一般形式及等效電路交流電橋的一般形式及等效電路 (a)(a)電阻平衡臂電橋電阻平衡臂電橋 (b)(b)變壓器電橋變壓器電橋 圖圖3-6 3-6 交流電橋的兩種實用形式交流電橋的兩種實用形式 圖圖3-7 3-7 諧振式調(diào)幅電路諧振式調(diào)幅電路 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3.1.4 3.1.4 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路二、調(diào)頻電路（二、調(diào)頻電路（略略）調(diào)頻電路的基本原理是傳感器電感調(diào)頻電路的基本原理是傳感器電感L L變化將引起輸變化將引起輸出電壓頻率出電壓頻率f f的變化。一般是把傳感器電感的變化。一般是把傳感器電感L

21、 L和一個和一個固定電容固定電容C C接入一個振蕩回路中，如圖接入一個振蕩回路中，如圖3-8(a)3-8(a)所示。所示。當當L L變化時，振蕩頻率隨之變化，根據(jù)的變化時，振蕩頻率隨之變化，根據(jù)的f f大小即可大小即可測出被測量值。當測出被測量值。當L L有了微小變化有了微小變化L L后，頻率變化后，頻率變化f f為為 圖圖3-8 3-8 調(diào)頻電路調(diào)頻電路下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3.1.4 3.1.4 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路三、調(diào)相電路（三、調(diào)相電路（略略）調(diào)相電路的基本原理是傳感器電感調(diào)相電路的基本原理是傳感器電感L L變化將引起輸變化將引起輸出電壓相位出電壓相位的變化。圖的變化。圖3-9

22、(a)3-9(a)所示是一個相位電所示是一個相位電橋，一臂為傳感器橋，一臂為傳感器L L，另一臂為固定電阻，另一臂為固定電阻R R。設(shè)計時。設(shè)計時使電感線圈具有高品質(zhì)因數(shù)。忽略其損耗電阻，則使電感線圈具有高品質(zhì)因數(shù)。忽略其損耗電阻，則電感線圈與固定電阻上壓降電感線圈與固定電阻上壓降U UL L與與U UR R互相垂直，如圖互相垂直，如圖3-3-9(b)9(b)所示。當電感所示。當電感L L變化時，輸出電壓變化時，輸出電壓U U0 0的幅值不變，的幅值不變，相位角相位角隨之變化。隨之變化。與與L L的關(guān)系為的關(guān)系為 圖圖3-9 3-9 調(diào)相電路調(diào)相電路 式中式中 -電源角頻率電源角頻率 下頁下頁

23、上頁上頁返回返回圖庫圖庫當當L L有微小變化有微小變化L L后，輸出電壓相位變化后，輸出電壓相位變化為為3.1.5 3.1.5 零點殘余電壓零點殘余電壓電橋預(yù)平衡時，實際上并不總是平衡，最后總要存電橋預(yù)平衡時，實際上并不總是平衡，最后總要存在著某個輸出值在著某個輸出值U U0 0，這稱為零點殘余電壓，如，這稱為零點殘余電壓，如圖圖3 3一一1010所示。所示。圖圖3-10 3-10 U U0 0-l l 特性特性下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3.1.6 3.1.6 自感式傳感器的特點及應(yīng)用自感式傳感器的特點及應(yīng)用 自感式傳感器有如下幾個特點：自感式傳感器有如下幾個特點：靈敏度比較好，目前可測

24、靈敏度比較好，目前可測0.1m0.1m的直線位移，輸出的直線位移，輸出 信號比較大，信噪比較好；信號比較大，信噪比較好；測量范圍比較小，適用于測量較小位移；測量范圍比較小，適用于測量較小位移；存在非線性；存在非線性；消耗功率較大，尤其是單極式電感傳感器，這是由消耗功率較大，尤其是單極式電感傳感器，這是由于它有較大的電磁吸力的緣故；于它有較大的電磁吸力的緣故；工藝要求不高，加工容易。工藝要求不高，加工容易。圖圖3-11 3-11 測氣體壓力的電感傳感器測氣體壓力的電感傳感器 圖圖3-12 3-12 壓差傳感器壓差傳感器下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3.23.2變壓器式傳感器變壓器式傳感器|3.

25、2.1 3.2.1 工作原理工作原理|3.2.2 3.2.2 等效電路及其特性等效電路及其特性|3.2.3 3.2.3 差分變壓器式傳感器的測量電路差分變壓器式傳感器的測量電路|3.2.4 3.2.4 零點殘余電壓的補償零點殘余電壓的補償|3.2.5 3.2.5 變壓器式傳感器的應(yīng)用舉例變壓器式傳感器的應(yīng)用舉例下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3.2.1 3.2.1 工作原理工作原理 變壓器式傳感器是將非電量轉(zhuǎn)換為線圈間互感變壓器式傳感器是將非電量轉(zhuǎn)換為線圈間互感M M的的一種磁電機構(gòu)，很像變壓器的工作原理，因此常稱一種磁電機構(gòu)，很像變壓器的工作原理，因此常稱變壓器式傳感器。這種傳感器多采用差分

26、形式。圖變壓器式傳感器。這種傳感器多采用差分形式。圖3-133-13所示為典型結(jié)構(gòu)原理。其中：所示為典型結(jié)構(gòu)原理。其中：A A、B B為兩個山字為兩個山字形固定鐵心，在其窗中各繞有兩個線圈，形固定鐵心，在其窗中各繞有兩個線圈，W W1a1a及及W W1b1b為為一次繞組，一次繞組，W W2a2a及及W W2b2b為二次繞組；為二次繞組；C C為銜鐵。圖為銜鐵。圖3-143-14所所示為改變氣隙有效截面積型差分變壓器式傳感器。示為改變氣隙有效截面積型差分變壓器式傳感器。圖圖3-13 3-13 氣隙型差分變壓器式傳感器氣隙型差分變壓器式傳感器 圖圖3-14 3-14 截面積型差分變壓器式傳感器截面

27、積型差分變壓器式傳感器上頁上頁返回返回圖庫圖庫下頁下頁3.2.2 3.2.2 等效電路及特性等效電路及特性 圖圖3-15 3-15 差分變壓器式傳感器等效電路差分變壓器式傳感器等效電路 圖圖3-16 3-16 輸出信號的幅頻、相頻特性輸出信號的幅頻、相頻特性曲線曲線上頁上頁返回返回圖庫圖庫下頁下頁在工藝嚴格情況下，兩繞組完全對稱，電阻、電感、匝數(shù)相同，在工藝嚴格情況下，兩繞組完全對稱，電阻、電感、匝數(shù)相同，（3-25）可簡化為：）可簡化為：3.2.3 3.2.3 差分變壓器式傳感器的測量電路差分變壓器式傳感器的測量電路（略）（略）差分變壓器隨銜鐵的位移輸出一個調(diào)幅波，因而用電差分變壓器隨銜鐵的

28、位移輸出一個調(diào)幅波，因而用電壓表來測量存在下述問題：壓表來測量存在下述問題：總有零位電壓輸出，因而總有零位電壓輸出，因而零位附近的小位移量困難。零位附近的小位移量困難。交流電壓表無法判別銜鐵交流電壓表無法判別銜鐵移動方向，為此常采用必要的測量電路來解決。移動方向，為此常采用必要的測量電路來解決。一、相敏檢測電路一、相敏檢測電路 二、差分整流電路二、差分整流電路 圖圖3-17 3-17 差分變壓器動態(tài)測量時的波形差分變壓器動態(tài)測量時的波形 圖圖3-19 3-19 相敏檢波前后的輸出特性曲線相敏檢波前后的輸出特性曲線 圖圖3-20 3-20 差分整流電路差分整流電路 (a)(a)全波電流輸出，全波

29、電流輸出，(b)(b)半波電流輸出半波電流輸出 (c)(c)全波電壓輸出全波電壓輸出,(d),(d)半波電壓輸出半波電壓輸出 圖圖3-21 3-21 全波整流電壓輸出電路的輸出波形全波整流電壓輸出電路的輸出波形 上頁上頁返回返回圖庫圖庫下頁下頁3.2.3 3.2.3 差動變壓器式傳感器的測量電路差動變壓器式傳感器的測量電路 二、差分整流電路二、差分整流電路上頁上頁返回返回圖庫圖庫下頁下頁3.2.4 3.2.4 零點殘余電壓的補償零點殘余電壓的補償 與電感傳感器相似，差分變壓器也存在零點殘余電與電感傳感器相似，差分變壓器也存在零點殘余電壓問題。零點殘余電壓的存在使得傳感器的特性曲壓問題。零點殘余

30、電壓的存在使得傳感器的特性曲線不通過原點，并使實際特性不同于理想特性。線不通過原點，并使實際特性不同于理想特性。圖圖3-22 3-22 補償零點殘余電壓的電路補償零點殘余電壓的電路上頁上頁返回返回圖庫圖庫下頁下頁3.2.5 3.2.5 變壓器式傳感器的應(yīng)用舉例變壓器式傳感器的應(yīng)用舉例 與電感傳感器相似，差分變壓器也存在零點殘余電壓與電感傳感器相似，差分變壓器也存在零點殘余電壓問題。零點殘余電壓的存在使得傳感器的特性曲線不通問題。零點殘余電壓的存在使得傳感器的特性曲線不通過原點，并使實際特性不同于理想特性。過原點，并使實際特性不同于理想特性。圖圖3-23 3-23 差分變壓器式位移傳感器差分變壓

31、器式位移傳感器 圖圖3-24 3-24 差分變壓器式壓力傳感器差分變壓器式壓力傳感器 圖圖3-25 3-25 微壓傳感器微壓傳感器 圖圖3-26 3-26 加速度傳感器加速度傳感器 上頁上頁返回返回圖庫圖庫下頁下頁3.3 3.3 渦流式傳感器渦流式傳感器|3.3.1 3.3.1 工作原理工作原理|3.3.2 3.3.2 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路|3.3.3 3.3.3 渦流式傳感器的特性及應(yīng)用渦流式傳感器的特性及應(yīng)用上頁上頁返回返回圖庫圖庫下頁下頁3.3.1 3.3.1 工作原理工作原理 金屬導體置于變化著的磁場中，導體內(nèi)就會產(chǎn)生金屬導體置于變化著的磁場中，導體內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，稱之為電渦流或渦流。

32、這種現(xiàn)象稱為渦感應(yīng)電流，稱之為電渦流或渦流。這種現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。渦流式傳感器就是在這種渦流效應(yīng)的基礎(chǔ)流效應(yīng)。渦流式傳感器就是在這種渦流效應(yīng)的基礎(chǔ)上建立起來的。上建立起來的。圖圖3-27 3-27 渦流式傳感器基本原理圖渦流式傳感器基本原理圖下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3.3.2 3.3.2 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 由渦流式傳感器的工作原理可知，被測量數(shù)變化可以由渦流式傳感器的工作原理可知，被測量數(shù)變化可以轉(zhuǎn)換成傳感器線圈的品質(zhì)因數(shù)轉(zhuǎn)換成傳感器線圈的品質(zhì)因數(shù)Q Q、等效阻抗、等效阻抗Z Z和等效電感和等效電感L L的變化。轉(zhuǎn)換電路的任務(wù)是把這些種參數(shù)轉(zhuǎn)換為電壓的變化。轉(zhuǎn)換電路的任務(wù)是把這些種參數(shù)

33、轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出?？偟膩碚f，利用或電流輸出。總的來說，利用Q Q值的轉(zhuǎn)換電路使用較少，值的轉(zhuǎn)換電路使用較少，這里不作討論。利用這里不作討論。利用z z的轉(zhuǎn)換電路一般用橋路，它屬于的轉(zhuǎn)換電路一般用橋路，它屬于調(diào)幅電路。利用調(diào)幅電路。利用L L的轉(zhuǎn)換電路一般用諧振電路，根據(jù)輸?shù)霓D(zhuǎn)換電路一般用諧振電路，根據(jù)輸出是電壓幅值還是電壓頻率，諧振電路又分為調(diào)幅和調(diào)出是電壓幅值還是電壓頻率，諧振電路又分為調(diào)幅和調(diào)頻兩種。頻兩種。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3.3.2 3.3.2 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 一、橋路一、橋路 二、諧振調(diào)幅電路二、諧振調(diào)幅電路 三、諧振調(diào)頻電路三、諧振調(diào)頻電路 圖圖3-28 3-2

34、8 渦流式傳感器電橋渦流式傳感器電橋 圖圖3-29 3-29 諧振調(diào)幅電路諧振調(diào)幅電路 圖圖3-30 3-30 諧振調(diào)幅電路特性諧振調(diào)幅電路特性 圖圖3-31 3-31 調(diào)頻電路原理圖調(diào)頻電路原理圖下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3.3.3 3.3.3 渦流式傳感器的特性及應(yīng)用渦流式傳感器的特性及應(yīng)用 渦流式傳感器的特點是結(jié)構(gòu)簡單，易于進行非接觸的渦流式傳感器的特點是結(jié)構(gòu)簡單，易于進行非接觸的連續(xù)測量，靈敏度較高，適用性強，因此得到了廣泛的連續(xù)測量，靈敏度較高，適用性強，因此得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用。圖圖3-32 3-32 低頻透射渦流測厚儀原理低頻透射渦流測厚儀原理 圖圖3-33 3-33 不

35、同頻率下的不同頻率下的e e=f f(h h)曲線曲線 圖圖3-34 3-34 軌跡儀原理結(jié)構(gòu)軌跡儀原理結(jié)構(gòu)下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3.4 3.4 壓磁式傳感器壓磁式傳感器|3.4.1 3.4.1 工作原理工作原理|3.4.2 3.4.2 結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3.4.13.4.1工作原理工作原理 某些鐵磁物質(zhì)在外界機械力的作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)某些鐵磁物質(zhì)在外界機械力的作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)變，從而引起磁導率的改變，這種現(xiàn)象稱為變，從而引起磁導率的改變，這種現(xiàn)象稱為“壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)”。相反，某些鐵磁物質(zhì)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生變。相反，某些鐵磁物質(zhì)在外界磁場的

36、作用下會產(chǎn)生變形，有些伸長，有些則壓縮，這種現(xiàn)象稱為形，有些伸長，有些則壓縮，這種現(xiàn)象稱為“磁致伸縮磁致伸縮”。當某些材料受拉時，在受力方向上的磁導率增高，而當某些材料受拉時，在受力方向上的磁導率增高，而在與作用力相垂直的方向上磁導率降低，這種現(xiàn)象稱為在與作用力相垂直的方向上磁導率降低，這種現(xiàn)象稱為正磁致伸縮正磁致伸縮；與此相反的現(xiàn)象稱為；與此相反的現(xiàn)象稱為負磁致伸縮負磁致伸縮。實驗證明：在一定條件下（磁場強度恒定）壓磁效應(yīng)才有實驗證明：在一定條件下（磁場強度恒定）壓磁效應(yīng)才有單位效應(yīng)，但不是線性關(guān)系。單位效應(yīng)，但不是線性關(guān)系。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3.4.13.4.1工作原理工作原

37、理 鐵磁材料的壓磁應(yīng)變靈敏度表示方法與應(yīng)變靈敏度系數(shù)鐵磁材料的壓磁應(yīng)變靈敏度表示方法與應(yīng)變靈敏度系數(shù)表示方法相似。表示方法相似。式中式中 =/磁導率的相對變化；磁導率的相對變化；l l=l l/l l 在機械力的作用下鐵磁物質(zhì)的在機械力的作用下鐵磁物質(zhì)的 相對變形。相對變形。壓磁應(yīng)力靈敏度同樣定義為：單位機械應(yīng)力壓磁應(yīng)力靈敏度同樣定義為：單位機械應(yīng)力所引起所引起的磁導率相對變化的磁導率相對變化=/，即即 利用上述介紹的關(guān)系可以做成壓磁傳感器。利用上述介紹的關(guān)系可以做成壓磁傳感器。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3.4.2 3.4.2 結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式 一、利用一個方向磁導率的變化一、利用一個方

38、向磁導率的變化 二、利用兩個方向上磁導率的改變二、利用兩個方向上磁導率的改變 三、維捷曼效應(yīng)三、維捷曼效應(yīng) 圖圖3-35 3-35 壓磁式傳感器結(jié)構(gòu)形式之一壓磁式傳感器結(jié)構(gòu)形式之一 圖圖3-36 3-36 壓磁式傳感器結(jié)構(gòu)形式之二壓磁式傳感器結(jié)構(gòu)形式之二 圖圖3-37 3-37 利用維捷曼效應(yīng)進行測量的原理圖利用維捷曼效應(yīng)進行測量的原理圖下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第3章章 本章要點本章要點|自感式傳感器自感式傳感器自感式傳感器的工作原理自感式傳感器的工作原理靈敏度與非線性靈敏度與非線性 差分式傳感器其靈敏度差分式傳感器其靈敏度等效電路等效電路轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 1 1.調(diào)幅電路調(diào)幅電路(圖圖3-7)3-7)2.2.調(diào)頻電路調(diào)頻電路(圖圖3-8)3-8)3.3.調(diào)相電路調(diào)相電路(圖圖3-9)3-9)下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第3章章 本章要點本章要點|變壓器式傳感器變壓器式傳感器工作原理工作原理等效電路及其特性等效電路及其特性|渦流式傳感器渦流式傳感器工作原理工作原理等效電路及其特性等效電路及其特性|壓磁式傳感器壓磁式傳感器工作原理工作原理等效電路及其特性等效電路及其特性下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫