传感器检测技术第五讲.ppt

电感式传感器的应用 力和压力的测量 振动和加速度的测量 液位测量 位移测量 力和压力的测量 振动和加速度的测量 稳压电源 振荡器 检波器 滤波器 (b) (a) ～220V 加速度a方向 a 输出 2 1 1 弹性支承 2 差动变压器 1 液位测量 位移测量 3 * * 自感式电感传感器的测量电路 交流电桥式测量电路 变压器电桥测量电路 自感式传感器的等效电路 实际传感器中，线圈不可能是纯电感，它包括线圈的铜损电阻RC ；铁芯的涡流损耗电阻Re ；由于线圈和测量设备电缆的接入，存在线圈固有电容和电缆的分布电容，用集中参数C表示。 等效电路 Z C L Rc Re 交流电桥是电感式传感器的主要测量电路，它的作用是将线圈电感的变化转换成电桥电路的电压或电流输出。 电感电桥 交流电桥式测量电路 设初始时 Z1= Z2= Z = RS+jωL； R1 = R2 = R ； L1= L2= L0 。 平衡臂为变压器的两个副边，当负载阻抗为无穷大时，流入工作臂的电流为 变压器式交流电桥电路 变压器式交流电桥电路 变压器电桥与电阻平衡臂电桥相比，具有元件少，输出阻抗小，桥路开路时电路呈线性的优点，但因为变压器副边不接地，易引起来自原边的静电感应电压，使高增益放大器不能工作。 差动变压器式传感器 互感式传感器本身是其互感系数可变的变压器，当一次侧线圈接入激励电压后，二次侧线圈将产生感应电压输出，互感变化时，输出电压将作相应变化。一般，这种传感器的二次侧线圈有两个，接线方式又是差动的，故常称之为差动变压器式传感器。 互感式电感传感器 工作原理:互感现象 e1初级线圈激励电压 L1,R1初级线圈电感和电阻 M1,M1分别为初级与次级线圈1,2间的互感 L21,L22两个次级线圈的电感 R21,R22两个次级线圈的电阻 ～ ～ ～ e2 R21 R22 e21 e22 e1 R1 M1 M2 L21 L22 L1 I1 差动变压器的等效电路 输出电压的有效值 副Ⅰ 副Ⅱ 原线圈 0 e2 e2 e21 e22 x 差动变压器输出电势e2与衔铁位移x的关系。其中x表示衔铁偏离中心位置的距离。 差动变压器的输出特性曲线 零点残余电压的大小是判别传感器质量的重要标志之一。 0 e2 x -x e20 零点残余电压 当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值(从零点几mV到数十mV)存在，称为零点残余电压。 危害： 零点残余电压的存在造成零点附近的不灵敏区； 零点残余电压输入放大器内会使放大器末级趋向饱和，影响电路正常工作等。 造成零残电压的原因，总的来说，是两电感线圈的等效参数不对称。 由于差动变压器两个次级绕组不可能完全一致，因此它的等效电路参数（互感M、自感L及损耗电阻R）不可能相同，从而使两个次级绕组的感应电势数值不等。又因初级线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，线圈匝间电容的存在等因素，使激励电流与所产生的磁通相位不同。 造成零残电压的原因 减小残余电动势的方法 1．从设计和工艺上保证结构对称性 为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加工精度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构。其次，应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的导磁材料。并应经过热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀性和稳定性。 尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数和磁路的对称。 采用相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移动方向，而且把衔铁在中间位置时，因高次谐波引起的零点残余电压消除掉。如图，采用相敏检波后衔铁反行程时的特性曲线由1变到2，从而消除了零点残余电压。 2．选用合适的测量线路 减小残余电动势的方法 e2 +x -x 2 1 0 相敏检波后的输出特性 3、采用补偿线路减小零点残余电动势 减小残余电动势的方法 ①由于两个次级线圈感应电压相位不同，并联电容可改变其一的相位，也可将电容C改为电阻，如图(a)。由于R的分流作用将使流入传感器线圈的电流发生变化，从而改变磁化曲线的工作点，减小高次谐波所产生的残余电压。 图(b)中串联电阻R可以调整次级线圈的电阻分量。 ～ e1 e2 C R ～ e1 e2 C R (a) (b) ～ e1 e2 C R1 R2 W 电位器调零点残余电压补偿电路 ②并联电位器W用于电气调零，改变两次级线圈输出电压的相位，如图所示。电容C(0.02μF)可防止调整电位器时使零点移动。 减小残余电动势的方法 3、采用补偿线路减小零点残余电动势 3、采