傳感器技術(shù)及應(yīng)用第四章電感式傳感器(編輯修改稿)
2025-03-20 11:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 初始狀態(tài)時，初級線圈電感為 ? 初始時，初級線圈的阻抗分別為 ? 此時初級線圈的電流為 ? 當(dāng)氣隙 變化時，兩個初級線圈的電感值分別為 srU?211 1 1 2aWLLR??39。1 1 1 1 139。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 ? 次級線圈的輸出電壓為兩個線圈感應(yīng)電勢之差 ? 而感應(yīng)電勢分別為 ? 式中 M1及 M2為初級與次級之間的互感系數(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?????? ? ?? ? ??? ? ?? ? ? ? ? ?sr1112 ( j )UIRL???? ?sr2o 111 1 12j2 ( j )W UULW R L?????? ????上一頁 下一頁 返回 互感式電感傳感器 ? 當(dāng) W》 R 時， ? 上式表明輸出電壓與銜鐵位移量成正比。負號表示的是，當(dāng)銜鐵向上移動， 為正，輸出電壓與輸入電壓反相 (相位差180176。 )；當(dāng)銜鐵向下移動時， 為負，輸出與輸入同相。 ? 傳感器的靈敏度為 ? (49) ? 螺管式差動變壓器 ? 1. 工作原理 ? 螺管型差動變壓器根據(jù)初、次級排列不同有二節(jié)式、三節(jié)式、四節(jié)式和五節(jié)式等形式。三節(jié)式的零點電位較小，二節(jié)式比三節(jié)式靈敏度高、線性范圍大，四節(jié)式和五節(jié)式都是為改善傳感器線性度采用的方法。 圖 49畫出了上述差動變壓器線圈各種排列形式。 ????s c s r210WUUSW???????2oo10WUUW???????上一頁 下一頁 返回 互感式電感傳感器 ? 差動變壓器工作在理想情況下 (忽略渦流損耗、磁滯損耗和分布電容等影響 )，它的等效電路如 圖 410所示。圖中為一次繞組激勵電壓； M M2分別為一次繞組與兩個二次繞組間的互感， L R1分別為一次繞組的電感和有效電阻； L2 L22分別為兩個二次繞組的電感； R2 R22分別為兩個二次繞組的有效電阻。 ? 對于差動變壓器，當(dāng)銜鐵處于中間位置時，兩個二次繞組互感相同，因而由一次側(cè)激勵引起的感應(yīng)電動勢相同。由于兩個二次繞組反向串接，所以差動輸出電動勢為零。當(dāng)銜鐵移向二次繞組 L21一邊，這時互感 M1大， M2小，因而二次繞組L21內(nèi)感應(yīng)電動勢大于二次繞組 L22內(nèi)感應(yīng)電動勢，這時差動輸出電動勢不為零。在傳感器的量程內(nèi)，銜鐵移動越大，差動輸出電動勢就越大。 ? 同樣道理，當(dāng)銜鐵向二次繞組 L22一邊移動差動輸出電動勢仍不為零，但由于移動方向改變，所以輸出電動勢反相。 上一頁 下一頁 返回 互感式電感傳感器 ? 因此通過差動變壓器輸出電動勢的大小和相位可以知道銜鐵位移量的大小和方向。 ? 2. 輸出特性 ? 由圖 410可以看出一次繞組的電流為 ? 二次繞組的感應(yīng)電動勢為 ? 由于二次繞組反向串接，所以輸出總電動勢為 ? 其有效值為 111jUIRL???? ? ?2 1 11jE M I?????2 2 12jE M I?????12 1211j ( ) jUE M M RL? ??? ? ? ??1 2 12 2211()()M M UERL?????上一頁 下一頁 返回 互感式電感傳感器 ? 差動變壓器的輸出特性曲線如 圖 411所示。圖中 E2 E22分別為兩個二次繞組的輸出感應(yīng)電動勢， E2為差動輸出電動勢， x表示銜鐵偏離中心位置的距離。其中 E2的實線表示理想的輸出特性，而虛線部分表示實際的輸出特性。 E0為零點殘余電動勢，這是由于差動變壓器制作上的不對稱以及鐵心位置等因素所造成的。 ? 3. 零點殘余電壓 ? (1) 零點殘余電壓 ? 當(dāng)差動變壓器的銜鐵處于中間位置時，理想條件下其輸出電壓為零。但實際上，當(dāng)使用橋式電路時，在零點仍有一個微小的電壓值存在，稱為零點殘余電壓。 ? (2) 零點殘余電壓產(chǎn)生的原因 ? 產(chǎn)生零點殘余電壓的原因主要有以下幾種： ? 差動的兩個線圈的電氣參數(shù)及導(dǎo)磁體的幾何尺寸不可能完全對稱； 上一頁 下一頁 返回 互感式電感傳感器 ? 線圈的分布電容不對稱； ? 電源電壓中含有高次諧波； ? 傳感器工作在磁化曲線的非線性段。 ? (3) 減小零點殘余電壓的方法 ? 零點殘余電壓的存在，使得傳感器的輸出特性在零點附近不靈敏，給測量帶來誤差，此值的大小是衡量差動變壓器性能好壞的重要指標。 ? 為了減小零點殘余電壓可采取以下方法： ? 盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)在磁路 Φ 的對稱。磁性材料要經(jīng)過處理，消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其性能均勻穩(wěn)定。 ? 選用合適的測量電路。例如采用相敏整流電路，既可判別銜鐵移動方向又可改善輸出特性，減小零點殘余電壓。 上一頁 下一頁 返回 互感式電感傳感器 ? 采用補償線路減小零點殘余電壓。 圖 412所示是幾種減小零點殘余電壓的補償電路。在差動變壓器二次側(cè)串、并聯(lián)適當(dāng)數(shù)值的電阻電容元件，當(dāng)調(diào)整這些元件時，可使零點殘余電壓減小。 ? 4. 差動變壓器的測量電路 ? (1) 差動整流電路 ? 差動變壓器的轉(zhuǎn)換電路，如 圖 413所示，傳感器的空載輸出電壓等于兩個次級線圈感應(yīng)電動勢之差，即 E2=E21E22。 ? 如圖 413所示為差動整流電路，把兩個次級電壓分別整流后，以它們的差為輸出端，這樣，不必考慮次級電壓的相位和零點殘余電壓。 ? 圖 413(a)、 (b)用于連結(jié)低阻抗負載的場合，是電流輸出型差動整流電路。 圖 413(c)、 (d)用在連結(jié)高阻抗負載的場合，是電壓輸出型差動整流電路。 上一頁 下一頁
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