第3章电感式传感器2[PPT].ppt

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1、复习：互感现象：若有两个线圈时，当线圈1中的电流变化时，会在它邻近的另一个线圈中产生感应电动势；同样，线圈2中的电流变化时，也会在线圈1中产生感应电动势。这种现象称为互感现象，所产生的感应电动势称为互感电动势。比例系数M称为互感系数，简称互感，它的大小由线圈的几何形状、大小、匝数以及线圈之间的相对位置所决定，若线圈中有铁磁质，则还与线圈中的电流及介质的性质有关。3.2差动变压器式电感传感器根据变压器的基本原理制成的，次级绕组采用差动形式连接,故称差动变压器式传感器。结构形式主要有：互感式传感器：

2、把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感器3.2.1结构形式及工作原理变间隙式差动变压器结构示意图工作原理：结构：铁芯（2个）、线圈（初级和次级（2个））和衔铁三部分当初级线圈接入激励电源之后，次级线圈就将产生感应电动势，当两者间的互感量变化时，感应电动势也相应变化。输出电压为二者之差：Uo=E21-E22Bd2d1iI&AC2U&1U&(a)(b)E21E22U2U1如果保证互感器结构完全对称，当活动衔铁处于中心位置时输出U2=0向上或向下移动时，输出U2随衔铁位移变化。如果保证互感器结构

3、完全对称，当活动衔铁处于中心位置时输出U2=0向上或向下移动时，输出U2随衔铁位移变化。特点：灵敏度较高，但测量范围小，一般用于测量几微米至几百微米的线位移。21如果保证互感器结构完全对称，当活动衔铁处于中心位置时输出U2=0向上或向下移动时，输出U2随衔铁位移变化。特点：灵敏度较高，但测量范围小，一般用于测量几微米至几百微米的线位移。变面积式差动变压器的结构示意图结构：铁芯、线圈和衔铁三部分工作原理：衔铁转动，改变气隙的有效面积，从而改变互感。使输出电压改变。特点：用于测量角位移，测量范围-1

4、00~+100，一般可分辨零点几角秒以下的微小角位移。螺线管式差动变压器的结构示意图结构：骨架、线圈和衔铁工作原理：衔铁上下移动时，改变两个次级线圈的互感，从而使输出电压改变。特点：用于测量大位移，其测量范围为几毫米至1米，但灵敏度稍低。目前应用最多的是螺管式变压器。3.2.2螺线管式差动变压器的输出特性螺管式差动变压器结构及等效电路图（a）结构图(b)等效原理图当次级开路时式中：——初级线圈电压；ω——初级线圈电压的角频率；——初级线圈电流；R1、L1——初级线圈电阻和电感。根据电磁感应定律，

5、次级绕组中感应电动势的表达式分别为式中，M1、M2为初级绕组与两次级绕组的互感。由于次级两绕组反相串联，且考虑到次级开路，则由以上关系可得输出电压的有效值为上式说明，当初级电压的有效值U和角频率ω、初级绕组的直流电阻R1及电感L1为定值时，差动变压器输出电压仅仅是初级绕组与两个次级绕组之间互感之差的函数。因此，只要求出互感M1和M2对活动衔铁位移x的关系式，再代入上式即可得到螺线管式差动变压器的基本特性表达式。①活动衔铁处于中间位置时M1=M2=M故Uo=0②活动衔铁向上移动时M1=M+ΔM，M

6、2=M-ΔM故与E21同极性。.③活动衔铁向下移动时M1=M-ΔM，M2=M+ΔM与E22同极性。.故b)半波电流输出3.2.3差动变压器式传感器测量电路——差动整流电路差动整流电路是根据半导体二极管的单向导通原理，把两个次级电压分别整流，然后将整流后的电压或电流的差值作为输出。a)全波电流输出c)全波电压输出以图（c）为例，分析电路工作原理。当U1为正半周时，上线圈a端为正，b端为负电流的路径为：a1243b流过电容的电流由2到4，电容上的电压为U24下线圈c端为正，d端为负电流的路径为：c5

7、687d，流过电容的电流由6到8，电容上的电压为U68总的输出电压为U2=U24+U86=U24-U68=Uab-Ucd当U1为负半周时，上线圈a端为负，b端为正电流的路径为：b3241a流过电容的电流由2到4，电容上的电压为U24下线圈c端为负，d端为正电流的路径为：d7685c流过电容的电流由6到8，电容上的电压为U68总的输出电压为U2=U24+U86=U24-U68=Uba-Udc=-（Uab-Ucd）次级线圈电压：铁芯在中间：铁芯上移：铁芯下移：从分析可知,不论两个次级线圈的输出瞬时电

8、压极性如何,流经电容C1的电流方向总是从2到4,流经电容C2的电流方向总是从6到8,故整流电路的输出电压为U2=U24+U86=U24-U68当衔铁在零位时,因为U24=U68,所以U2=0;当衔铁在零位以上时,因为U24>U68,则U2>0;而当衔铁在零位以下时,则有U24