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正文內(nèi)容

電感式傳感器ppt課件(編輯修改稿)

2025-02-15 23:18 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 使 δa≠δb, 互感 Ma≠Mb, 兩次級繞組的互感電勢 e2a≠e2b,輸出電壓 Uo=e2ae2b≠0, 即差動變壓器有電壓輸出 , 此電壓的大小與極性反映被測體位移的大小和方向 。 . . 圖 411 差動變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖 iU?B?b?aiI?A?1W1 aW2 aCW1 bW2 be2 ae2 boU??22U?1U??1?2( a ) ( b ) 2. 輸出特性 在忽略鐵損 ( 即渦流與磁滯損耗忽略不計 ) 、 漏感以及變壓器次級開路 ( 或負載阻抗足夠大 ) 的條件下 , 圖 411( a) 的等效電路可用圖 412表示 。 圖中 r1a與 L1a , r1b與L1b , r2a與 L2a , r2b與 L2b, 分別為 W1a , W1b , W2a, W2b繞阻的直流電阻與電感 。 圖 412 變隙式差動變壓器等效電路 iU?r1 ar1 bL1 aL1 bL2 aL2 bbE2?aE2?r2 ar2 boU? RLMaMb-+-+當(dāng) r1aωL1a, r1bωL1b時 , 如果不考慮鐵芯與銜鐵中的磁阻影響 , 對圖 412所示的等效電路進行分析 , 可得變隙式差動變壓器輸出電壓 Uo的表達式 , . iababo UWWU ??12???????? (427) ??????012 ioUWWU ??(428) 分析:當(dāng)銜鐵處于初始平衡位置時 , 因 δa=δb=δ0, 則 Uo=0。 但是如果被測體帶動銜鐵移動 , 例如向上移動 Δδ( 假設(shè)向上移動為正 )時 , 則有 δa=δ0Δδ, δb=δ0+Δδ, 代入上式可得 . 上式表明:變壓器輸出電壓 Uo與銜鐵位移量 Δδ/δ0成正比 。 “ - ” 號的意義 :當(dāng)銜鐵向上移動時 , Δδ/δ0定義為正 , 變壓器輸出電壓 Uo與輸入電壓 Ui反相 ( 相位差 180176。 ) ;而當(dāng)銜鐵向下移動時 , Δδ/δ0則為 |Δδ/δ0|, 表明 Uo與 Ui同相 。 圖 413所示為變隙式差動變壓器輸出電壓 Uo與位移 Δδ的關(guān)系曲線 。 由式( 428)可得變隙式差動變壓器靈敏度 K 012??io UWWUK ?? ???(429) 圖 413 變隙式差動變壓器輸出特性 oU?12e2 ae2 be2 a e2b? Uo+ ? ?- ? ? O1— 理 想 特 性; 2— 實際特性- 分析結(jié)論: ① 首先 , 供電 電源 Ui要穩(wěn)定 ( 獲取穩(wěn)定的輸出特性 ) ;其次 , 電源幅值的適當(dāng)提高 可以提高靈敏度 K值 , 但要以變壓器鐵芯不飽和以及允許溫升為條件 。 ② 增加 W2/W1的比值和減小 δ0都能使靈敏度 K值提高 。( W2/W1影響變壓器的體積及零點殘余電壓 。 一般選擇傳感器的 δ0為 mm。 ) 012??io UWWUK ?? ??? ③ 以上分析的結(jié)果是在忽略鐵損和線圈中的分布電容等條件下得到的 , 如果考慮這些影響 , 將會使傳感器性能變差 ( 靈敏度降低 , 非線性加大等 ) 。 但是 , 在一般工程應(yīng)用中是可以忽略的 。 ④ 以上結(jié)果是在假定工藝上嚴格對稱的前提下得到的 , 而實際上很難做到這一點 , 因此傳感器實際輸出特性存在零點殘余電壓 ΔUo。 ⑤ 變壓器副邊開路的條件對由電子線路構(gòu)成的測量電路來講容易滿足 , 但如果直接配接低輸入阻抗電路 , 須考慮變壓器副邊電流對輸出特性的影響 。 1. 工作原理 圖 414 螺線管式差動變壓器結(jié)構(gòu) 5461231— 活 動 銜 鐵;2— 導(dǎo) 磁 外 殼;3— 骨架;4— 匝數(shù)為 W1的 初 級 繞組 ;5— 匝數(shù)為 W2 a的 次 級 繞組 ;6— 匝數(shù)為 W2 b的 次 級 繞阻 兩個次級線圈反相串聯(lián) , 并且在忽略鐵損 、 導(dǎo)磁體磁阻和線圈分布電容的理想條件下 , 其等效電路如圖 4 16所示 。 當(dāng)初級繞組加以激勵電壓 U時 , 根據(jù)變壓器的工作原理 ,在兩個次級繞組 W2a和 W2b中便會產(chǎn)生感應(yīng)電勢 E2a和 E2b。 如果工藝上保證變壓器結(jié)構(gòu)完全對稱 ,則當(dāng)活動銜鐵處于初始平衡位置時 , 必然會使兩互感系數(shù) M1=M2。 根據(jù)電磁感應(yīng)原理 , 將有E2a=E2b。 由于變壓器兩次級繞組反相串聯(lián) , 因而 Uo=E2aE2b=0, 即差動變壓器輸出電壓為零 。 圖 416 差動變壓器等效電路 U?r1L1 aL2 aL2 baE2?bE2?r2 ar2 boU? RLI1+-+-+-+-圖 417 差動變壓器輸出電壓的特性曲線 W2 bW1W2 a0 ? xuou2 bou2 au2= u2 a- u2 b? x理論特性曲線實 際 特 性曲 線oU?Δ 當(dāng)活動銜鐵向上移動時 ,由于磁阻的影響 , W2a中磁通將大于 W2b, 使 M1M2, 因而 E2a增加 , 而 E2b減小 。 反之 ,E2b增加 , E2a減小 。 因為 Uo=E2aE2b, 所以當(dāng) E2a、 E2b 隨著銜鐵位移 x變化時 , Uo也必將隨 x而變化 。 由圖 417可以看出 , 當(dāng)銜鐵位于中心位置時 , 差動變壓器輸出電壓并不等于零 , 我們把差動變壓器在零位移時的輸出電壓稱為 零點殘余電壓 , 記作 ΔUo, 它的存在使傳感器的輸出特性不經(jīng)過零點 , 造成實際特性與理論特性不完全一致 。 零點殘余電壓產(chǎn)生原因 :主要是由傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對稱 , 以及磁性材料的非線性等引起的 。 零點殘余電壓的波形十分復(fù)雜 , 主要由 基波和高次諧波 組成 。 基波產(chǎn)生的主要原因 是: 傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù) 、 幾何尺寸不對稱 , 導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感應(yīng)電勢幅值不等 、 相位不同 , 因此不論怎樣調(diào)整銜鐵位置 , 兩線圈中感應(yīng)電勢都不能完全抵消 。 高次諧波 ( 主要是三次諧波 ) 產(chǎn)生原因 :是磁性材料磁化曲線的非線性 ( 磁飽和 、 磁滯 ) 。 零點殘余電壓一般在幾十毫伏以下,在實際使用時,應(yīng)設(shè)法減小 Ux,否則將會影響傳感器的測量結(jié)果。 2. 差動變壓器等效電路如圖 416所示。 當(dāng) 次級開路 111 LjrUI???? (430) 式中: U——初級線圈激勵電壓; ω——激勵電壓 U的角頻率; I1——初級線圈激勵電流; r L1——初級線圈直流電阻和電感。 . . 根據(jù)電磁感應(yīng)定律, 次級繞組中感應(yīng)電勢的表達式分別為 122112IMjEIMjEba????????(431) (432) 由于次級兩繞組 反相串聯(lián) ,且考慮到次級開路,則由以上關(guān)系可得 11
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