常常采用差动整流电路和相敏检波电路说课材料.ppt

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1、常常采用差动整流电路和相敏检波电路电感式传感器原理定义利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的装置。感测量位移、振动、压力、应变、流量、比重等。分类根据转换原理：自感式（変磁阻式）、互感式（差动变压器式）、电涡流式。根据结构形式：气隙型、面积型和螺管型。电磁感应被测非电量自感系数L互感系数M测量电路U、I、f2优点①结构简单、可靠②分辨率高机械位移0.1μm，甚至更小；角位移0.1角秒。输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm。③重复性好，线性度优良在几十μm到数百mm的位移范围内，输出特性的线性度较好，且比较稳定

2、。④能实现远距离传输、记录、显示和控制不足存在交流零位信号，不宜高频动态测量。3主要章节内容4.1自感式传感器4.2差动变压器式传感器4.3电涡流传感器44.1自感式传感器自感式传感器是利用自感量随气隙变化而改变的原理制成的，主要用来测量位移。自感式传感器主要有闭磁路变隙式和开磁路螺线管式，它们又都可以分为单线圈式与差动式两种结构形式。5内容4.1.1结构和工作原理4.1.2自感式传感器的测量电路4.1.3自感式传感器应用举例6自感式传感器的基本工作原理演示F衔铁移动磁路中气隙磁阻变化线圈的电感值变化74.1.1基

3、本工作原理δ线圈铁芯衔铁Δδ由于可得：磁路的总磁阻可表示为：近似计算出线圈的电感量为：S为气隙的等效截面积，μ0为空气的磁导率，N线圈匝数，δ气隙长度8结论电感式传感器从原理上可分为变气隙长度式和变气隙截面式两种类型，前者常用于测量直线位移，后者常用于测量角位移。如果在线圈中放入圆柱形衔铁，当衔铁上下移动时，自感量将相应变化，就构成了螺线管型自感传感器。94.1.1常见结构形式1—线圈2—铁芯3—衔铁4—测杆5—导轨6—工件7—转轴10由电感式可知，变气隙长度式传感器的线性度差、示值范围窄、自由行程小，但在小位移下

4、灵敏度很高，常用于小位移的测量。1．变气隙式（闭磁路式）自感传感器1—线圈2—铁芯3—衔铁111．变气隙式（闭磁路式）自感传感器由电感式同样可知，变截面式传感器具有良好的线性度、自由行程大、示值范围宽，但灵敏度较低，常用来测量较大位移量。为扩大示值范围和减小非线性误差，可采用差动结构。12将两个线圈接在电桥的相邻臂，构成差动电桥，不仅可使灵敏度提高一倍，而且使非线性误差大为减小。如当△x/l0=10%时，单边式非线性误差小于10%，而差动式非线性误差小于1%。2．螺线管式（开磁路式）自感式传感器螺线管式自感式传感器

5、常采用差动式。1—测杆2—衔铁3—线圈它是在螺线管中插入圆柱形铁芯而构成的。其磁路是开放的，气隙磁路占很长的部分。有限长螺线管内部磁场沿轴线非均匀分布，中间强，两端弱。插入铁芯的长度不宜过短也不宜过长，一般以铁芯与线圈长度比为0.5,半径比趋于1为宜。铁磁材料的选取决定于供桥电源的频率，500Hz以下多用硅钢片，500Hz以上多用薄膜合金，更高频率则选用铁氧体。从线性度考虑，匝数和铁芯长度有一最佳数值，应通过实验选定。142．螺线管式（开磁路式）自感式传感器螺线管式自感式传感器常采用差动式。1—测杆2—衔铁3—线圈

6、差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。15特性1、2—L1、L2的特性3—差动特性从输出特性曲线(如图4-6所示)可以看出，差动式电感传感器的线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。164.1.2自感式传感器的测量电路测量电路有交流分压式、交流电桥式和谐振式等多种，常用的差动式传感器大多采用交流电桥式。交流电桥的种类很多，差动形式工作时其电桥电路常采用双臂工作方式。171．变压器交流电桥电桥有两臂为传感器的差

7、动线圈的阻抗，所以该电路又称为差动交流电桥变压器式交流电桥电路图18分析设O点为电位参考点，根据电路的基本分析方法，可得到电桥输出电压为当传感器的活动铁芯处于初始平衡位置时，两线圈的电感相等，阻抗也相等。电桥输出电压，电桥处于平衡状态。19变化时当铁芯向一边移动时，则一个线圈的阻抗增加，20变化后的电压当传感器线圈为高Q值时，则线圈的电阻远小于其感抗当活动铁芯向另一边（反方向）移动时差动式自感传感器采用变压器交流电桥为测量电路时，电桥输出电压既能反映被测体位移量的大小，又能反映位移量的方向，且输出电压与电感变化量呈

8、线性关系。212．带相敏整流的交流电桥上述变压器式交流电桥中，由于采用交流电源，则不论活动铁芯向线圈的哪个方向移动，电桥输出电压总是交流的，即无法判别位移的方向。常采用带相敏整流的交流电桥。22结构带相敏整流的交流电桥电路图中电桥的两个臂Z1、Z2分别为差动式传感器中的电感线圈，另两个臂为平衡阻抗Z3、Z4(Z3=Z4=Z0),VD1、V2、VD3、VD4四