电感式传感器课件.ppt

當次級開路時，初級繞組的交流電流為：次級繞組的感應電動勢為：由於次級繞組反向串接，故差動變壓器輸出電壓為其有效值為①鐵芯處於中間位置時，M1=M2=M，U0=0②鐵芯上升時，M1=M+ΔM，M2=M-ΔM③鐵芯下降時，M1=M-ΔM，M2=M+ΔM與U1同極性與U2同極性Ｕ０e21e22差動變壓器輸出電勢Ｕ０與銜鐵位移x的關係。其中x表示銜鐵偏離中心位置的距離。0xＵ０圖4-12差動變壓器輸出特性1、激勵電壓幅值與頻率的影響激勵電源電壓幅值的波動，會使線圈激勵磁場的磁通發生變化，直接影響輸出電勢。而頻率的波動，只要適當地選擇頻率，其影響不大。4.2.2差動變壓器的輸出特性2、溫度變化的影響周圍環境溫度的變化，引起線圈及導磁體磁導率的變化，從而使線圈磁場發生變化產生溫度漂移。當線圈品質因數較低時，影響更為嚴重，因此，採用恒流源激勵比恒壓源激勵有利。適當提高線圈品質因數並採用差動電橋可以減少溫度的影響。3、零點殘餘電壓0Ｕ０xＵＺ當差動變壓器的銜鐵處於中間位置時，理想條件下其輸出電壓為零。但實際上，當使用橋式電路時，在零點仍有一個微小的電壓值(從零點幾mV到數十mV)存在，稱為零點殘餘電壓。1基波正交分量(a)殘餘電壓的波形(b)波形分析13245UZtUiUZUt圖中Ui為差動變壓器初級的激勵電壓，UZ包含基波同相成分、基波正交成分，二次及三次諧波和幅值較小的電磁干擾等。2基波同相分量3二次諧波4三次諧波5電磁干擾零點殘餘電壓產生原因：①基波分量由於差動變壓器兩個次級繞組不可能完全一致，因此它的等效電路參數（互感M、自感L及損耗電阻R）不可能相同，從而使兩個次級繞組的感應電動勢數值不等。又因初級線圈中銅損電阻及導磁材料的鐵損和材質的不均勻，線圈匝間電容的存在等因素，使激勵電流與所產生的磁通相位不同。②高次諧波高次諧波分量主要由導磁材料磁化曲線的非線性引起。由於磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使得激勵電流與磁通波形不一致產生了非正弦(主要是三次諧波)磁通，從而在次級繞組感應出非正弦電勢。另外，激勵電流波形失真，因其內含高次諧波分量，這樣也將導致零點殘餘電壓中有高次諧波成分。1．從設計和工藝上保證結構對稱性為保證線圈和磁路的對稱性，首先，要求提高加工精度，線圈選配成對，採用磁路可調節結構。其次，應選高磁導率、低矯頑力、低剩磁感應的導磁材料。並應經過熱處理，消除殘餘應力，以提高磁性能的均勻性和穩定性。由高次諧波產生的因素可知，磁路工作點應選在磁化曲線的線性段。消除零點殘餘電壓方法：採用相敏檢波電路不僅可鑒別銜鐵移動方向，而且把銜鐵在中間位置時，因高次諧波引起的零點殘餘電壓消除掉。如圖，採用相敏檢波後銜鐵反行程時的特性曲線由1變到2，從而消除了零點殘餘電壓。U0+x-x210相敏檢波後的輸出特性2．選用合適的測量線路3．採用補償線路CR(a)在差動變壓器次級繞組側串、並聯適當數值的電阻、電容元件，當調整這些元件時，可使零點殘存電壓減小。在次級繞組側並聯電容。由於兩個次級線圈感應電壓相位不同，並聯電容可改變繞組的相位，並聯電阻R是為了利用R的分流作用，使流入感測器線圈的電流發生變化，從而改變磁化曲線的工作點，減小高次諧波所產生的殘餘電壓。(b)CR串聯電阻R可以調整次級線圈的電阻分量。CR(a)電感式感測器電磁感應被測非電量自感係數L互感係數M測量電路U、I、f自感式感測器互感式感測器電渦流式感測器F220V實驗：4.1自感式感測器氣隙變小，電感變大，電流變小F4.1.1自感式感測器的工作原理總磁阻線圈匝數兩式聯立得:δ線圈鐵芯銜鐵Δδ圖4-1變磁阻式感測器I為線圈中所通交流電的有效值。空氣導磁率磁導率導磁率H/m而其中如果A保持不變，則L為δ的單值函數，構成變氣隙式自感感測器若保持δ不變，使A隨被測量（如位移）變化，則構成變截面式自感感測器，δ，ALL=f(A)L=f(δ)圖4-3電感感測器特性銜鐵下移4.1.2變氣隙式自感感測器的輸出特性δ線圈鐵芯銜鐵Δδ忽略高次項：銜鐵上移忽略高次項：4.1.3差動式自感感測器在實際使用中，常採用兩個相同的傳感線圈共用一個銜鐵，構成差動式自感感測器，兩個線圈的電氣參數和幾何尺寸要求完全相同。這種結構除了可以改善線性、提高