傳感器與檢測技術(shù)52力敏傳感器(完整版)
【正文】 。 另外 ，激勵(lì)電流波形失真 ， 因其內(nèi)含高次諧波分量 ， 這樣也將導(dǎo)致零點(diǎn)殘余電壓中有高次諧波成分 。 零點(diǎn)殘余電壓的存在造成零點(diǎn)附近的不靈敏區(qū)；零點(diǎn)殘余電壓輸入放大器內(nèi)會(huì)使放大器末級(jí)趨向飽和 ，影響電路正常工作等 。 （ 二 ） 誤差因素分析 激勵(lì)電壓幅值與頻率的影響 激勵(lì)電源電壓幅值的波動(dòng) ， 會(huì)使線圈激勵(lì)磁場的磁通發(fā)生變化 ， 直接影響輸出電勢 。初級(jí)線圈作為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，相當(dāng)于變壓器的原邊，而次級(jí)線圈由結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的兩個(gè)線圈反相串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊。 可反映銜鐵移動(dòng)的方向 。 ① 橋路輸出電壓 Usc包含與電源 E同相和正交兩個(gè)分量 。 圖 (b)中 H=f(x)曲線表明：為了得到較好的線性 ,鐵芯長度取 ,則鐵芯工作在 H曲線的拐彎處 ,此時(shí) H變化小 。 單線圈螺管型傳感器的主要元件為一只螺管線圈和一根圓柱形鐵芯 。 差動(dòng) 變氣隙式自感傳感器結(jié)構(gòu)由兩個(gè)電氣參數(shù)和磁路完全相同的線圈組成 。 1 2 3 x (a)氣隙式 (b)變截面式 N：線圈匝數(shù)； Rm：磁路總磁阻 (鐵芯與銜鐵磁阻和空氣隙磁阻 ) 氣隙式自感傳感器 ， 因?yàn)闅庀遁^小 (lδ為 ～ 1mm)， 所以 ， 認(rèn)為氣隙磁場是均勻的 ， 若忽略磁路鐵損 ， 則磁路總磁阻為 l1：鐵芯磁路總長； l2：銜鐵的磁路長； S：隙磁通截面積； S1：鐵芯橫截面積； S2：銜鐵橫截面積； μ1：鐵芯磁導(dǎo)率； μ2：銜鐵磁導(dǎo)率； μ0：真空磁導(dǎo)率， μ0=4π 107H／ m； lδ：空氣隙總長。 優(yōu)點(diǎn) ： ① 結(jié)構(gòu)簡單 、 可靠 ， 測量力小 銜鐵為 ～ 200 105N時(shí) ， 磁吸力為 (1~10) 105N。 ② 分辨力高 機(jī)械位移： ， 甚至更?。唤俏灰疲? 。 mRNL 2?SlSlSlRm0222111???????由磁路基本知識(shí)知，線圈自感為 ????????????SlSlSlNRNLm 022211122????由于自感傳感器的鐵芯一般在非飽和狀態(tài)下 ， 其磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于空氣的磁導(dǎo)率 ， 因此鐵芯磁阻遠(yuǎn)較氣隙磁阻小 ， 所以上式可簡化為 ??lSNL 02?可見，自感 L是氣隙截面積和長度的函數(shù)，即 L＝ f(S,lδ) 如果 S保持不變，則 L為 lδ的單值函數(shù)，構(gòu)成 變隙式自感傳感器 ；若保持 lδ不變，使 S隨位移變化，則構(gòu)成 變截面式自感傳感器 。當(dāng)銜鐵 3移動(dòng)時(shí) ， 一個(gè)線圈的自感增加 ， 另一個(gè)線圈的自感減少 ， 形成差動(dòng)形式 。 傳感器工作時(shí) ， 因鐵芯在線圈中伸入長度的變化 ， 引起螺管線圈自感值的變化 。 這種差動(dòng)螺管式自感傳感器的測量范圍為 (5～ 50)mm,非線性誤差在 ％ 左右 。 在實(shí)際測量中 ， 只希望有同相分量 ， 如能使 或 Q值比較大 ， 均能達(dá)到此目的 。 但是 ， 為了判別交流信號(hào)的相位 ， 需接入專門的相敏檢波電路 。螺管形差動(dòng)變壓器根據(jù)初、次級(jí)排列不同有二節(jié)式、三節(jié)式、四節(jié)式和五節(jié)式等形式。 而頻率的波動(dòng) ， 只要適當(dāng)?shù)剡x擇頻率 ， 其影響不大 。 0 e2 x x e20 1 基波正交分量 2 基波同相分量 3 二次諧波 4 三次諧波 5 電磁干擾 e e1 e20 e20 1 2 3 4 5 (a)殘余電壓的波形 (b)波形分析 t t 圖中 e1為差動(dòng)變壓器初級(jí)的激勵(lì)電壓， e20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。 消除零點(diǎn)殘余電壓方法： 1． 從設(shè)計(jì)和工藝上保證結(jié)構(gòu)對(duì)稱性 為保證線圈和磁路的對(duì)稱性 ， 首先 ， 要求提高加工精度 ， 線圈選配成對(duì) ， 采用磁路可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu) 。 圖 (b)中串聯(lián)電阻 R可以調(diào)整次級(jí)線圈的電阻分量 。 差動(dòng)整流電路 根據(jù)半導(dǎo)體二級(jí)管單向?qū)ㄔ磉M(jìn)行解調(diào)的 。 相敏檢波電路 容易做到輸出平衡 ， 便于阻抗匹配 。 由此可見 ， 該電路能判別鐵芯移動(dòng)的方向 。 顯然磁場變化頻率愈高 ， 渦流的集膚效應(yīng)愈顯著 。 1 2 3 4 5 6 1 線圈 2 框架 3 襯套 4 支架 5 電纜 6 插頭 ie d M ～ Φｎ Φｉ 電渦流傳感器原理圖 傳感器線圈由高頻信號(hào)激勵(lì)，使它產(chǎn)生一個(gè)高頻交變磁場 φi，當(dāng)被測導(dǎo)體靠近線圈時(shí)，在磁場作用范圍的導(dǎo)體表層，產(chǎn)生了與此磁場相交鏈的電渦流 ie，而此電渦流又將產(chǎn)生一交變磁場 φe阻礙外磁場的變化。能量損耗使傳感器的 Q值和等效阻抗 Z降低，因此當(dāng)被測體與傳感器間的距離 d改變時(shí)，傳感器的 Q值和等效阻抗 Z、電感 L均發(fā)生變化，于是把位移量轉(zhuǎn)換成電量。cm)； μr—導(dǎo)體相對(duì)磁導(dǎo)率； f—交變磁場頻率 (Hz)。 1. 差動(dòng)變壓器式加速度傳感器 用于測定振動(dòng)物體的頻率和振幅時(shí)其激磁頻率必須是振動(dòng)頻率的十倍以上 ， 才能得到精確的測量結(jié)果 。 調(diào)節(jié)電位器 R可調(diào)平衡 ，
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