电感式传感器基本原理与其应用.pptVIP

三段式螺管差动变压器结构示意图 将两个匝数相等的次级绕组的同名端反向串联，当初级绕组加以激磁电压时，根据变压器的作用原理在两个次级绕组和中就会产生感应电势; 如果工艺上保证变压器结构完全对称，则当活动衔铁处于初始平衡位置时，输出电压为零。 当活动衔铁向某一个次级线圈方向移动时，则该次级线圈内磁通增大，使其感应电势增加，差动变压器有输出电压，其数值反映了活动衔铁的位移。 差动变压器的等效电路 U1 L21 ． ． U2 ． ～ ～ L22 E22 E21 ． ～ R22 R21 R1 M1 M2 螺线管式差动变压器等效电路如图，二次线圈开路时，一次线圈的电流为： 二次绕组的感应动势为为： 其有效值为： 输出阻抗为： 三段式螺管差动变压输出电压曲线如图所示。 差动变压器输出电压曲线 3.3.3差动变压器的测量电路 差动变压器的输出电压是调幅波，为辨别衔铁的移动方向，要进行解调。常用解调电路有：差动相敏检波与差动整流电路。采用解调电路还可以消除零位电压。 1.差动相敏检波电路 差动相敏检波的形式很多，相敏检波电路要求参考电压与差动变压器次级输出电压的频率相同，相位相同或相反；因此常接入移相电路。为了提高检波效率，参考电压幅值取为信号的。 差动相敏检波电路 ～ 移相器 RP 3.3.3差动变压器的测量电路 2.差动整流电路 差动整流电路简单，不需参考电压，不需要考虑相位调整和零位电压影响，对感应和分布电容影响不敏感。经差动整流后变成直流输出便于远距离输送。 全波整流电路和波形图 (a) ～ e1 R R c a b h g f d e USC 衔铁在 零位以下 eab t t t eab t t t eab t ecd t USC t ecd USC USC ecd 衔铁在 零位以上 衔铁在 零位 (b) 差动整流电路根据半导体二级管单向导通原理进行解调的。如传感器的一个次级线圈的输出瞬时电压极性，在f点为“＋”，e点为“–”，则电流路径是fgdche（参看图a）。反之，如f点为“–”，e点为“＋”，则电流路径是ehdcgf。可见，无论次级线圈的输出瞬时电压极性如何，通过电阻R的电流总是从d到c。同理可分析另一个次级线圈的输出情况。输出的电压波形见图（b），其值为USC=eab＋ecd。 3.3.4差动变压器的应用电路 差动变压器式传感器可以直接用于位移测量，也可测量与位移有关的任何机械量，如力、力矩、压力、压差、振动、加速度、应变、液位等。 1.力和力矩的测量 差动变压器式力传感器 2.压力测量 将差动变压器和弹性敏感元件（膜片、膜盒和弹簧管等）相结合，可以组成各种形式的压力传感器。 这种变送器可分档测量(–3×103～6×103)N/m2压力，输出信号电压为(0～30)mV，精度为1.3级。 ～220V 1接头 2 膜盒 3 底座 4 线路板 3 差动变压器 6 衔铁 7 罩壳 V 振荡器 稳压电源 差动变压器 相敏检波电路 1 2 3 4 3 6 7 3.加速度传感器 用于测定振动物体的频率和振幅时其激励频率必须是振动频率的十倍以上，才能得到精确的测量结果。可测量的振幅为(0.1～3)mm，振动频率为(0～130)Hz。 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 1 2 1 1 弹性支承 2 差动变压器 3.4 电涡流式传感器 3.4.1 电涡流式传感器的工作原理 根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，称之为电涡流或涡流，这种现象称为涡流效应。 电涡流传感器是利用电涡流效应，将位移、温度等非电量转换为阻抗的变化或电感的变化从而进行非电量电测的。 目前生产的变间隙位移传感器，器量程范围为300mm～800mm。 将块状金属导体置于通有交变电流的传感器线圈磁场中。根据法拉第电磁感应原理，由于电流的变化，在线圈周围就产生一个交变磁场，当被测导体置于该磁场范围之内，被测导体内便产生电涡流，电涡流也将产生一个新磁场，和方向相反，抵消部分原磁场，从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因素发生变化。 电涡流式传感器示意图 根据等效电路列出电路方程组为： 可得传感器的等效阻抗为： 传感器的等效电感为： 电涡流传感器等效电路图 · M R1 R2 L2 L1 U1 I1 · I2 · 3.4.2 电涡流式传感器的结构 电涡流式传感器结构比较简单，主要由一个安置在探头壳体的扁平圆形线圈构成。 电涡流传感器的内部结构 电涡流传感器实物图 3.4.3电涡流式传感器的测量电路 利用电涡流式变换元件进行测量时，为了得到较强的电涡流效应； 通常激磁线圈工作在较高频率下，所以信号转换电路主要有调幅电路和调频电路两种。 1.调幅式（AM）电路 调幅式电路