第7章位移传感器 《传感器技术知识与应用》课件.pptVIP

7.4.2 差动电容传感器的结构及工作原理 　　在实际应用中，为了提高电容位移传感器的灵敏度，常常采用差动形式的电容位移传感器，它是典型结构如图7-26所示。 图7-26 差动电容式位移传感器 其中两边的两片为定极板，中间的为可动极板(或可动介质)，它们组成差动电容器。开始时可动极板（或可动介质）位于中间位置，C1=C2=C0。当可动极板(或可动介质)移动位移x后，一个电容器的电容量增加，而另一个电容器的电容量减少，而且两者变化的数值相等。 可以证明，差动电容式位移传感器比单电容式位移传感器的灵敏度提高一倍，而且非线性（如果有的话）也大大降低。同时，差动电容式传感器还能减少静电引力给测量带来的影响，有效地改善由于温度等环境变化所造成的测量误差。 7.4.3 电容式传感器的测量电路 1.调频电路 　　如图7-27为调频电路原理框图。 图7-27 调频式测量电路原理框图 5.零点残余电压及其补偿 图7-10给出了桥路输出电压与活动衔铁位移的关系曲线，通常把衔铁处于中间位置（x=0）时，电桥的输出电压称作零点残余电压，记作e0。 图7-10 差动电感传感器交流电桥输出特性 零点残余电压产生的原因 零点残余电压产生的原因主要有以下两点： 由于两电感线圈绕制的不均匀、上下磁路几何尺寸制作的不对称以及上下磁性材料的特性不一致等原因所造成的传感器两电感线圈的等效参数不对称。从而形成了零点残余电压。 如果激励电压包含有高次谐波成分又不能完全抵消，也将在输出端产生零点残余电压。 零点残余电压的补偿 为了减小零点残余电压，可采用以下措施进行补偿： 在设计和工艺上，力求做到磁路对称，铁芯材料均匀；并经过热处理以消除机械应力，改善磁性；其次是两线圈绕制要尽量均匀，力求几何尺寸与电器特性保持一致。 在电路上进行补偿——即采用相敏检波电路进行补偿。 这是一种既简单又行之有效的方法。 7.2.2 互感式位移传感器 互感式位移传感器是基于变压器的原理工作的，它本身就是一个变压器，它把被测位移量转换为互感的变化，使次级线圈感应电压也产生相应的变化。由于互感式位移传感器的次级线圈做成差动连接形式，所以又常把它称为差动变压器式传感器。它的结构形式较多，主要有变间隙型、变面积型和螺线管型等等。但目前应用最多的是螺线管型差动变压器。 1.螺线管式差动变压器 图7-11(a)是螺线管式差动变压器的基本结构图。其等效电路如图7-11(b)所示。 图7-11 螺线管型差动变压器结构及等效电路 　　根据变压器原理，初级线圈中通以电流为 时，在两个次级线圈中所产生的感应电势分别为 (7-21) (7-22) 由于两个次级线圈反相串联，且次级开路，则输出电压为 当衔铁处于中间位置时，由于 (7-23) (7-24) 当衔铁偏离中间位置时，由于 由图7-11(b)可知，当次级开路时，初级线圈的电流 为 (7-28) (7-25) (7-27) (7-26) (7-29) 将式(7-25)代入式(7-22)得， 其有效值为 输出复阻抗为 或写成 ①当活动衔铁处于中间位置时，有 ②当活动衔铁向右移动时，有 ， ③当活动衔铁向左移动时，有 ， ，故U2=0。 (7-31) (7-30) 综上讨论可知，当衔铁处于中间位置时，输出电压U2=0；当活动衔铁向右移动时，输出电压U2与 同极性；当活动衔铁向左移动时，输出电压U2与 同极性。 图7-11 螺线管型差动变压器结构及等效电路 　　 差动变压器输出电压U2与衔铁位移x之间的关系曲线如图7-12所示。 从图中可以看出,它与自感式传感器相似，也存在零点残余电压，使得实际特性曲线不通过原点。显然，这种差动变压器又可等效为一个具有电动势 和复阻Z抗的交流电压源。 图7-12 差动变压器输出电压特性曲线 2.差动变压器测量电路 图7-13是四种典型的差动整流电路。图(a)和图(b)用于低阻抗负载的场合，是电流输出型差动整流电路。它基本上与负载大小无关。 图7-13 四种典型的差动整流电路 图（c）和图（d）用于高阻抗负载的场合，是电压输出型差动整流电路。图中RW是调零电位器，用于消除零点残余电压的。 图7-13 四种典型的差动整流电路 7.2.3 电感传感器的应用 1.电感式纸页厚度测量仪 电感式纸张厚度测量仪结构如图7-14所示。当被测纸页沿着板状衔铁移动时，压在纸上的E形铁芯将随着被测纸的厚度变化而上下浮动，亦即改变了铁芯与衔铁之间的间隙