傳感器技術(shù)及應(yīng)用第四章電感式傳感器-wenkub
2023-03-08 11:02:42 本頁面
【正文】 路的磁阻發(fā)生大小相等、方向相反的變化，一個(gè)線圈的電感增加，一個(gè)則減少，形成差動(dòng)形式。所以，單邊變間隙式電感傳感器存在線性度要求與測量范圍要求的矛盾。 ? 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)線圈中通以電流 i時(shí)，產(chǎn)生磁通，其大小與電流成正比，即 ? 對于變隙式電感傳感器，如果空氣隙 較小，若忽略磁路鐵損，根據(jù)磁路的歐姆定律則磁路總磁阻 Rm為 ??L i?? φ?下一頁 返回 自感式電感傳感器 ? 式中 λ —— 導(dǎo)磁體 (鐵心 )的長度 (m)； ? —— 鐵心導(dǎo)磁率 (H/m)； ? s —— 鐵心導(dǎo)磁橫截面積 (m2)， ? —— 空氣隙長度 (m)； ? —— 空氣導(dǎo)磁率， (H/m)； ? —— 空氣隙橫截面積 (m2)； ? 因?yàn)橐话銓?dǎo)磁體的磁阻與空氣隙的磁阻相比是很小的，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)， ? 則 0 02mlRss???????0? 70 4π 10 ?? ? ?0s002mR s???上一頁 下一頁 返回 自感式電感傳感器 ? 因此，自感 L可寫為 ? (42) ? 2. 變氣隙式自感傳感器的輸出特性 ? 當(dāng)銜鐵處于初始位置時(shí)，初始電感量 L0為 ? 表明自感 L與空氣隙 成反比，而與空氣隙導(dǎo)磁截面積 s0成正比。第 4章 電感式傳感器 ? 自感式電感傳感器 ? 互感式電感傳感器 ? 電渦流式傳感器 自感式電感傳感器 ? 變隙式傳感器 ? 1. 工作原理 ? 變隙式傳感器的結(jié)構(gòu)原理如 圖 41(a)所示，它主要由線圈、鐵心及銜鐵等組成。當(dāng)固定 s0不變，變化 時(shí)， L與 呈非線性 (雙曲線 )關(guān)系，如圖 41(b)所示。 2320 0 0 0( ) ( )LL ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?00LL? ?????00LLK??????上一頁 下一頁 返回 自感式電感傳感器 ? 電感 L與氣隙長度的關(guān)系如 圖 41(b)所示。兩個(gè)線圈電感的總變化量為 ~?? ??350 0 0 02 ( ) ( )LL ? ? ?? ? ???? ? ? ?? ? ? ?????上一頁 下一頁 返回 自感式電感傳感器 ? 忽略高次項(xiàng)，其電感的變化量為 ? 可見，差動(dòng)式的靈敏度比單邊式的增加了近一倍，而且其非線性誤差比單邊的要小得多。 ~?? ??02LL ?????上一頁 下一頁 返回 自感式電感傳感器 ? 通過分析可知，線圈電感量 L與氣隙厚度是非線性的，但與磁通截面積 s卻是成正比，是一種線性關(guān)系。線圈電感量的大小與銜鐵插入線圈的深度有關(guān)。 ? 變間隙式靈敏度較高，但非線性誤差較大，自由行程較小，且制作裝配比較困難。 ? 圖 45所示是變間隙式、變面積式及螺管式 3種類型的差動(dòng)式電感傳感器。交流電橋多采用雙臂工作形式。 Z Z2為傳感器阻抗 ， ， Z0為負(fù)載阻抗。2 2 2Z R L?? 39。 ? 2. 變壓器式電橋 ? 變壓器式電橋如 圖 46(b)所示， Z Z2為傳感器阻抗，它的平衡臂為變壓器的兩個(gè)二次側(cè)繞組，輸出電壓為 ，當(dāng)負(fù)載阻抗無窮大時(shí)輸出電壓 為 ? 由于是雙臂工作形式，當(dāng)銜鐵下移時(shí)， Z1=ZΔZ， Z2=Z+ΔZ，則有 o 2ULUL?? ??o12U?oU?212o1 2 1 22 2 2ZZU U U UU I ZZ Z Z Z? ? ? ?????? ? ? ? ? ???o 2UZUZ?? ??上一頁 下一頁 返回 自感式電感傳感器 ? 同理，當(dāng)銜鐵上移時(shí)，則有 ? （ 48） ? 由上式可見，輸出電壓反映了傳感器線圈阻抗的變化，由于是交流信號(hào)，還要經(jīng)過適當(dāng)電路處理才能判別銜鐵位移的大小及方向。當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)， Z1=Z2=Z，電橋處于平衡狀態(tài)， C點(diǎn)電位等于 D點(diǎn)地位，電表指示為零。 ? 如果輸入交流電壓為負(fù)半周， A點(diǎn)電位為負(fù)， B點(diǎn)電位為正，二極管 VD VD3導(dǎo)通， VD VD4截止，則在 AFCB支路中， C點(diǎn)電位由于 Z2減小而比平衡時(shí)降低 (平衡時(shí)，輸入電壓若為負(fù)半周，即 B點(diǎn)電位為正， A點(diǎn)電位為負(fù)， C點(diǎn)相對于 B點(diǎn)為負(fù)電位， Z2減小時(shí)， C點(diǎn)電位更低 )；而在 AEDB支路中， D點(diǎn)電位由于 Z1的增加而比平衡時(shí)的電位增高，所以仍然是 D點(diǎn)電位高于 C點(diǎn)電位，電壓表正向偏轉(zhuǎn)。采用這種測量電路可以消除與電感臂并聯(lián)的分布電容對輸出信號(hào)的影響，使電橋平衡穩(wěn)定，另外簡化了接地和屏蔽的問題。 ? 變隙式差動(dòng)變壓器 ? 1. 工作原理 ? 變隙式差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)如 圖 48所示。 ? 當(dāng)銜鐵偏離中間位置時(shí)，兩邊的氣隙不相等，這樣兩次級(jí)線圈的互感 M1和 M2發(fā)生變化，即 M1≠M(fèi)2，從而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢也不再相同，即 ， 。1 2 1 1 2jjZ R LZ R L??????1112 ( j )srUIRL??? ????2011WsL ??????上一頁 下一頁 返回 互感式電感傳感器 ? 次級(jí)線圈的輸出電壓為兩個(gè)線圈感應(yīng)電勢之差 ? 而感應(yīng)電勢分別為 ? 式中 M1及 M2為初級(jí)與次級(jí)之間的互感系數(shù)，其值分別為 2012WsL ???? ??2 1 2 2oU E E? ? ???21 1122 21jjE M IE M I??????????1 2 021111 2 02221W W sWMIW W sWMI????????????????φφ上一頁 下一頁 返回 互感式電感傳感器 ? 式中， 、 分別為上下兩個(gè)磁系統(tǒng)中的磁通， ? 代入上式得 ? ? 忽略 Δ 2整理上式可得 ? 將 代入整理得 1φ 2φ1 1 1 2 1 1 2/ , /ssI W R I W R???φ φ11o 1 2 1 2 0 222j ( ) j ( )U M M I I W W s ?? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ???2102211o 11 2112jj WsWWU I L I?????? ? ?? ? ??? ? ?? ?
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