4.2差动变压器式传感器.PPT

第四章 电感式传感器 4.1 自感式传感器 4.2 差动变压器传感器 4.3 电涡流传感器 第 四 章 电 感 式 传 感 器 4.1 自感式传感器 . . （1）单线圈螺线管传感器。 如图4-4所示为单线圈螺线管式传感器的结构原理图。它由多圈绕制的细长线圈2和铁磁性壳体3组成螺线管，并在其中插入活动铁心1组成，活动铁心可沿轴向移动。设螺线管的长度为2l ，线圈匝数为W，线圈内径为r，线圈内孔截面积为S。测量时，活动铁心的左端与被测体连接，当活动铁心随被测体移动时，线圈的电感量发生变化，电感量变化的大小与铁心插入深度（被测体位移量）x有关。 . . 根据电磁场理论，当rl时，若忽略次要因素，则线圈内部的磁场可以认为是均匀的，此时空心线圈（铁心插入长度x=0）的电感量为： 式中 S0 ——动铁心截面积， 由于r0≈r，则 S0≈S WX——动铁心覆盖部分的匝数， 说明: 欲提高传感器的灵敏度，可采取增大，和采用高磁导率的材料等措施。 这种传感器的优点是测量范围大，线性度好，结构简单，便于制作，其缺点是灵敏度较低。它被广泛应用于测量大量程线性位移。 （2）差动螺线管式自感式传感器 使两边螺线管的初始电感值（和）相等，即: 每只线圈灵敏度： 上式说明两只线圈的灵敏度大小相等，符号相反，具备差动特性。考虑到一般情况下可简化: . 4.1.2 自感传感器的测量电路 电感式传感器的测量电路有交流电桥式、 交流变压器式以及谐振式等几种形式。 . 图4-12所示为自感式测厚仪，采用差动结构，其测量电路为带相敏检波的交流电桥。当被测物的厚度发生变化时，引起测杆上下移动，带动衔铁产生位移，从而改变了上、下气隙的距离，使线圈的电感量发生相应的变化，此电感变化量经过带相敏检波的交流电桥测量后，送测量仪表显示，其大小与被测物的厚度成正比。 4.2 差动变压器式传感器 4.3电涡流式传感器 4.3.4电涡流传感器的测量电路 由电涡流传感器的工作原理可知，该传感器把传感线圈与被测体之间的位移x的变化转换为线圈的等效电感、等效电阻、等效阻抗的变化。测量电路的任务就是将这些变化量转换为电压或电流的变化。电涡流传感器常用的测量电路有：电桥电路、谐振电路等几种。 （1）电桥测量电路。 在具有两个电涡流线圈的差动式传感器中，常采用图4－25所示的电桥测量电路，图中L1、L2分别为传感器的两个差动线圈，它们与电容C1，C2和电阻R1，R2组成电桥的四个桥臂。初始状态时，电桥处于平衡状态。当有被测金属导体接近时，线圈的阻抗发生变化，电桥失去平衡，其输出端输出的信号经线性放大、检波后，就可以得到与被测量（距离）成比例的输出信号。 映出被测量的大小。相应的测量电路有调频式和调幅式两种。下面以调幅式电路说明此测量方法。 图4-26中石英晶体振荡器相当于一个恒流源，经电阻R向LC并联谐振回路提供一个稳频（f0＝常数）、稳幅（I0＝常数）的高频激磁信号，电阻R用来降低传感器对振荡器工作状态的影响。由图可知，LC回路的阻抗越大，回路的输出电压也越大，其谐振频率为: . 当被测体远离线圈（x→∞）时，L=L1，f=f0，则有 此时振荡回路的品质因数Q值最高，阻抗为最大，经放大、检波、滤波后输出电压最高。 若被测体为非磁性材料或硬磁性材料，则传感器线圈的等效电感L1减小，回路的谐振频率提高，谐振峰值逐渐右移，输出电压将由u 降低为u1’或u2’；而对于磁性材料的被测体，由于磁路的磁导率增大而使传感器线圈的电感L1增大，回路的谐振频率降低，谐振峰值逐渐左移，输出电压将由u降低为u1或u2，因此可以由输出电压的变化来表示传感器与被测导体间距离的变化，如图4-27（ｂ）所示。 此时磁场能量受到损耗, 到达L2的磁通将减弱为Φ′１, 从而使L2产生的感应电压U2下降。金属板越厚, 涡流损失就越大, U2电压就越小。因此, 可根据U2电压的大小得知被测金属板的厚度, 透射式涡流厚度传感器检测范围可达1～100mm, 分辨率为0.1μm, 线性度为 1%。 如果被测带材厚度改变量为Δδ, 则两传感器与带材之间的距离也改变了一个Δδ, 两传感器输出电压此时为2Uo+ΔU。ΔU经放大器放大后, 通过指示仪表电路即可指示出带材的厚度变化值。带材厚度给定值与偏差指示值的代数和就是被测带材的厚度。  4.振动的测量