傳感器與檢測(cè)技術(shù)---第4章電感式傳感器(編輯修改稿)
2024-11-14 11:16 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 變壓器輸出電壓為零 。 aE2?1U?ba EE 22 ?? ?0222 ??? ba EEU ???bE2?第 4章 電感式傳感器 活動(dòng)銜鐵向上移動(dòng)時(shí) ,由于磁阻的影響 , W2a中磁通將大于W2b, 使 M1M2, , 。 反之 , 增加 , 減小 。 因?yàn)? , 、 位移 △ x 變化時(shí) , 也必將隨 △ x 變化 。 圖 4 13 給出了變壓器輸出電壓 與活動(dòng)銜鐵位移 △ x 的關(guān)系曲線 。 實(shí)際上 , 當(dāng)銜鐵位于中心位置時(shí) , 差動(dòng)變壓器輸出電壓并不等于零 ， 如圖中虛線所示 ， 我們把差動(dòng)變壓器在零位移時(shí)的輸出電壓稱為 零點(diǎn)殘余電壓 ， 記作 , 它的存在使傳感器的輸出特性不過(guò)零點(diǎn) ， 造成實(shí)際特性與理論特性不完全一致 。 2U?aE2?aE2? aE2?bE2? bE2?bE2?ba EEU 222 ??? ??2U?2U第 4章 電感式傳感器 零點(diǎn)殘余電壓主要是由傳感器的兩次級(jí)繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對(duì)稱 ， 以及磁性材料的非線性等問(wèn)題引起的 。 零點(diǎn)殘余電壓的波形十分復(fù)雜 ， 主要由基波和高次諧波組成 ?；óa(chǎn)生的主要原因是：傳感器的兩次級(jí)繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對(duì)稱 ， 導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)的幅值不等 、 相位不同 ， 因此不論怎樣調(diào)整銜鐵位置 ， 兩線圈中感應(yīng)電勢(shì)都不能完全抵消 。 高次諧波中起主要作用的是三次諧波 ， 產(chǎn)生的原因是由于磁性材料磁化曲線的非線性 (磁飽和 、 磁滯 )。 零點(diǎn)殘余電壓一般在幾十毫伏以下 ， 在實(shí)際使用時(shí) ， 應(yīng)設(shè)法減小 , 否則將會(huì)影響傳感器的測(cè)量結(jié)果 。 2U?第 4章 電感式傳感器 二 、 基本特性 差動(dòng)變壓器等效電路 如圖 4 12 所示 。 當(dāng)次級(jí)開路時(shí)有 (4 23) 式中 : ——初級(jí)線圈激勵(lì)電壓 ω——的角頻率 。 ——初級(jí)線圈激勵(lì)電流 。 r L1——初級(jí)線圈直流電阻和電感 。 1111 LjrUI?????1U?1I?第 4章 電感式傳感器 根據(jù)電磁感應(yīng)定律 , 次級(jí)繞組中感應(yīng)電勢(shì)的表達(dá)式分別為 : 122112IMjEIMjEba?????????? 由于次級(jí)兩繞組反向串聯(lián) , 且考慮到次級(jí)開路 , 則由以上關(guān)系可得 : 11121222)(LjrUMMjEEUba ???????? ???? (4 26) 第 4章 電感式傳感器 輸出電壓的有效值為 21211212 )()(LrUMMU?????下面分三種情況進(jìn)行分析 。 (1) 活動(dòng)銜鐵處于中間位置時(shí) (4 27) 0221???UMMM第 4章 電感式傳感器 (2) aE2?21211221)(2,LrMUUMMMMMM??????????? (3) 活動(dòng)銜鐵向下移動(dòng)時(shí) 與 同極性。 與 同極性。 21211221)(2,LrMUUMMMMMM????????????bE2?第 4章 電感式傳感器 三 、 差動(dòng)變壓器式傳感器測(cè)量電路 差動(dòng)變壓器輸出的是交流電壓 , 若用交流電壓表測(cè)量 , 只能反映銜鐵位移的大小 , 而不能反映移動(dòng)方向 。 另外 , 其測(cè)量值中將包含零點(diǎn)殘余電壓 。 為了達(dá)到能辨別移動(dòng)方向及消除零點(diǎn)殘余電壓的目的 , 實(shí)際測(cè)量時(shí) , 常常采用 差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路 。 1. 差動(dòng)整流電路 這種電路是把差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)輸出電壓分別整流 , 然后將整流的電壓或電流的差值作為輸出 , 圖 4 14 給出了幾種典型電路形式 。 圖中 (a)、 (c)適用于交流阻抗負(fù)載 , (b)、 (d)適用于低阻抗負(fù)載 , 電阻 R0用于調(diào)整零點(diǎn)殘余電壓 。 第 4章 電感式傳感器 下面結(jié)合圖 4 14（ c） , 分析差動(dòng)整流工作原理 。 從 圖 4 14（ c） 電路結(jié)構(gòu)可知 , 不論兩個(gè)次級(jí)線圈的輸出瞬時(shí)電壓極性如何 , 流經(jīng)電容 C1的電流方向總是從 2到 4, 流經(jīng)電容 C2的電流方向從 6到 8, U2=U24U68 (4 28) 當(dāng)銜鐵在零位時(shí) , 因?yàn)?U24=U68 , 所以 U2=0。 當(dāng)銜鐵在零位以上時(shí) , 因?yàn)?U24U68, 則 U20。 而當(dāng)銜鐵在零位以下時(shí) , 則有U24U68, 則 U20 。 差動(dòng)整流電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 , 不需要考慮相位調(diào)整和零點(diǎn)殘余電壓的影響 , 分布電容影響小和便于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn) , 因而獲得廣泛應(yīng)用 。 第 4章 電感式傳感器 2. 電路 如圖 4 15 所示 。 VD VD VD VD4 為四個(gè)性能相同的二極管 , 以同一方向串聯(lián)成一個(gè)閉合回路 , 形成環(huán)形電橋 。 輸入信號(hào) u2(差動(dòng)變壓器式傳感器輸出的調(diào)幅波電壓 )通過(guò)變壓器 T1加到環(huán)形電橋的一個(gè)對(duì)角線 。 參考信號(hào) u0通過(guò)變壓器 T2加入環(huán)形電橋的另一個(gè)對(duì)角線 。 輸出信號(hào) uL從變壓器Ｔ 1與Ｔ 2的中心抽頭引出 。 平衡電阻 R起限流作用 , 避免二極管導(dǎo)通時(shí)變壓器 T2的次級(jí)電流過(guò)大 。 RL為負(fù)載電阻 。 u0的幅值要遠(yuǎn)大于輸入信號(hào) u2的幅值 , 以便有效控制四個(gè)二極管的導(dǎo)通狀態(tài) , 且 u0和差動(dòng)變壓器式傳感器激磁電壓 u1由同一振蕩器供電 ， 保證二者同頻 、 同相 （ 或反相 ） 。 第 4章 電感式傳感器 由 圖 4 16（ a） 、 （ c） 、 (d) 可知 , 當(dāng)位移 Δx 0時(shí) , u2與 u0同頻同相 , 當(dāng)位移 Δx 0時(shí) , u2與 u0 同頻反相 。 Δx 0時(shí) , u2與 u0為同頻同相 , 當(dāng) u2與 u0均為正半周時(shí) , 見圖 4 15（ a） , 因?yàn)?u0u2， 環(huán)形電橋中二極管 VD Ｖ D4截止 , VD VD3導(dǎo)通 , 則可得圖 4 15（ b） 的等效電路 。 200201 2 nuuu ??12
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