【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 rllLdldLK ???? ????1由傷勢(shì)可知，變氣隙式傳感器的輸出特性是非線性的，式中負(fù)號(hào) 表示靈敏度隨氣腺增加而減小，欲增大靈敏度，應(yīng)減小 lδ但受到 工藝和結(jié)構(gòu)的限制。為保證一定的測(cè)量范圍與線性度，對(duì)變氣隙 式傳感器，常取 lδ=～ 1mm，變化區(qū)間 Δlδ=（ 1/10～ 1/20） lδ。 ? 自感式傳感器的原理與結(jié)構(gòu) (2) 2．變面積式自感傳感器 SKSll WLr39。02???? ???39。KdSdLK s ?? 式中 K39。＝ μ 0W2／（ lδ ＋ l／ μ r） ,為一常數(shù)。 3．螺管式自感傳感器 圖 螺管式自感傳感器結(jié)構(gòu)原理 lINSAB 00????SlNlSNINL02200 ?? ???? ? 自感式傳感器的原理與結(jié)構(gòu) (3) 當(dāng)鐵芯進(jìn)入線圈后，鐵芯中的極化作用使被覆蓋的那部分線圈 局部電感增大，其電感增量為： xSNL cxr 20)1( ?? ??? 電感增量可令表示為 xl NSlxNx SL crcr 22020 )1()1( ???? ??????????? ? 自感式傳感器的原理與結(jié)構(gòu) (4) ? 互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）的原理和結(jié)構(gòu) 圖 差動(dòng)變壓器的等效電路 ? ? 21210 LRMUE s ?? ??22212221 LjLjRRZ ?? ????單個(gè)次級(jí)線圈的感應(yīng)電勢(shì) 輸出阻抗 ? 互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）的原理和結(jié)構(gòu) (2) 圖 各種差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖 （ a）、（ b）、（ c）氣隙式；（ d）、（ e）變面積式；（ f）螺管式 ? 互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）的原理和結(jié)構(gòu) (3) 122 1 2 20 ()j M Mu E E I?? ? ? ?? ? ? ? ????????????????????????2222221211IWIMIWIMmm當(dāng)銜鐵上移 △ δ 時(shí) ,上氣隙變?yōu)?δ 1=δ 0△ δ ,下氣隙為 δ 2=δ 0+△ δ ， 因而上磁路磁阻減小 ,下磁路磁阻增加。此時(shí) φ l＞ φ 2， E21＞ E22， 輸出電壓 兩初次級(jí)間的互感為： ? 互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）的原理和結(jié)構(gòu) (4) 因此可得： ??????????????????mmWjU21202? 在忽略鐵心磁阻于漏磁通得情況下 121 12 222mmmmI W RI W R???????????? ?00 1 2 0 2220 01 1 1 2 1 0 220UU j W W SR R j W S????? ??????? ??? ? ? ????? ????? ? ? ??????? 互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）的原理和結(jié)構(gòu) (5) 如果忽略 △ δ 2項(xiàng)，并設(shè) Rll=R12=R1, L0=W12/(2δ 0/μ 0S)， 上式可改寫并整理為 021201111???????????jWWUUΠ形差動(dòng)變壓器的靈敏度表達(dá)式 1200WWUUK ???? ??? 互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）的原理和結(jié)構(gòu) (6) 圖 激勵(lì)頻率與靈敏度的關(guān)系 ?? ??? ULMU102? 互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）的原理和結(jié)構(gòu) (7) ? 自感式和互感式傳感器的誤差 1．輸出特性的非線性 2．零位誤差 圖 零位誤差 圖 3．溫度誤差 環(huán)境溫度對(duì)自感式傳感器的影響主要通過（ 1）材料的線膨脹系數(shù)引起零件尺寸的變化，（ 2）材料的電阻率溫度系數(shù)引起線圈銅阻的變化，（ 3）磁性材料磁導(dǎo)綱度系數(shù)，繞阻絕緣材料的介質(zhì)溫度系數(shù)和線圈幾何尺寸變化引起線圈電感量及寄生電容的改變等造成。 4．激勵(lì)電源的影響 5．互感式傳感器的溫度誤差 低頻激勵(lì)時(shí)線圈的品質(zhì)因數(shù)低，溫度誤差大。 ? 自感式和互感式傳感器的誤差 (2) 圖 差動(dòng)變壓器零位補(bǔ)償 圖 溫度補(bǔ)償電路 ? 自感式和互感式傳感器的誤差 (3) ? 1. 電渦流式傳感器的工作原理 圖 電渦流傳 感器原理 ???????????????????022221121111ILjIRIMjUIMjILjIR????根據(jù)基爾霍夫定律，可列出電壓平衡方程組 解之得： ? ? ? ?? ?222221222212222222212222222111LRMRjILMLjRIMjILLRMLjRLRMRUI???????????????????????????????? 由此可求得線圈受金屬導(dǎo)體渦流影響后的等效阻抗為 ? ? ? ? ???????????? 2222222122222221 LRMLLjLRMRRZ?????線圈的等效電感為 ? ? ????????? 22222221 LRMLLL?? 2222122222120 11 ZMRRZMLL??????????????? ? (2) 2電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)和類型 ① 反射式 圖 電渦流傳感器的結(jié)構(gòu) 1─線圈； 2─框架； 3─襯套； 4─支座； 5─電纜； 6─接頭 ? (3) ② 透射式 圖 透射式渦流傳感器工作原理 圖 線圈電壓與被測(cè)金屬板厚度的關(guān)系 圖 貫穿深度 t、感應(yīng)電壓 U 金屬板厚度的關(guān)系 ? (4) 調(diào)理電路 電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋） 阻抗式傳感器的差動(dòng)結(jié)構(gòu) 電流電壓積分差動(dòng)電路 直接放大（后續(xù)電路或軟件調(diào)零） ? 電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋） ? 1．電橋的分類 測(cè)量電路，通常由應(yīng)變測(cè)量電橋作為前端電路。 典型的電橋如圖 248所示 : 四個(gè)臂 Z Z Z Z4按順鐘 向?yàn)樾?AC為電源端， BD為輸出 端。 AB、 BC、 CD及 DA都稱為 電橋的一個(gè)臂。當(dāng)一個(gè)臂、二個(gè) 臂乃至四個(gè)臂接入傳感器時(shí)，就 相應(yīng)謂之單臂工作、雙臂工作 和全臂工作電橋 。 ?測(cè)量電橋按如下方法分類 : （ 1）按電源分，有直流電橋和交流電橋。 （ 2）按工作方式分，有平衡橋式電路（零位測(cè)量法）和不平衡橋式電路（偏差測(cè)量法）。 （ 3）按橋臂關(guān)系分，有：①對(duì)輸出端對(duì)稱；②對(duì)電源端對(duì)稱；③半等臂和全等臂電橋。 （ 4）接負(fù)載的不同要求：輸出電壓或電流，電橋還可分電壓輸出橋和功率輸出橋。 ? 電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋） (2) 平衡條件為： 1 3 2 4R R R R?輸出電壓為 Uo: ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?1 1 3 3 2 2 4 43 3 4 4 1 1 2 2oR R R R R R R RUUR R R R R R R R? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ?如果只有一個(gè)橋臂 R1為傳感器，其它橋臂為平固定電阻，且： R1＝ R2＝ R3＝ R4＝Ｒ，則上式為： ? ?? ?22oR R RUURR? ? ????分母中忽略△ R，則： 4oURUR?? ?電橋的 輸出靈敏度 為： 1u01R US U /R4???? ? ?????? 電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋） (3) 11100 % 100 %2OOrOUU KeUK??? ?? ? ? ?? ?若已知金屬應(yīng)變計(jì) K=， 允許測(cè)試的最大應(yīng)變 ε ＝ 5000 με ， 接成全等臂單臂工作電橋 （ △ R1≠ 0。 △ R2=△ R3=△ R4=0） 。 最大非線性誤差 : 11K 2 . 5 0 . 0 0 5e 0 . 6 %2 K 2 2 . 5 0 . 0 0 5????? ? ?? ? ?若采用半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)，設(shè) K=120，其他條件同上，則 11K 1 2 0 0 . 0 0 5e 2 3 %2 K 2 1 2 0 0 . 0 0 5????? ? ?? ? ?由此可見： ① 采用金屬應(yīng)變計(jì) ， 在一般應(yīng)變范圍內(nèi) ， 非線性誤差＜ l％ 。 故在此允許的非線性范圍內(nèi) ， 金屬應(yīng)變計(jì)電橋的電壓輸出特性可由式 （ 2105） 表示成線性關(guān)系 。 ② 采用半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)時(shí) ， 由于非線性誤差隨 K而大增 ， 必須采取補(bǔ)償措施 。 由此引起的相對(duì)誤差為 ： ? 電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋） (4) 3．電橋的非線性誤差及其補(bǔ)償 電橋的供電電壓為 ： ? ? ? ? ? ?1 2 3 41 2 3 41 2 3 4// R R R R RU I R R R R R I R R R R R? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?設(shè)電橋?yàn)槿缺?，電橋的輸出為? ? ?1 3 2 41 2 3 4 4oR R R R R RRU I IR R R R R R R? ? ? ?? ??? ? ? ? ? ? ?略去 △ R ，則可得線性輸出： 4oIUR??可得恒流源電橋非線性誤差為 : 111 0 0 % 1 0 0 %44OOrOUU KReU R R K???? ?? ? ? ? ?? ? ?通過計(jì)算，非線性誤差明顯減小了 ? 1） 恒流源補(bǔ)償法 ? 電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋） (3) ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?1 1 3 3 2 2 4 43 3 4 4 1 1 2 2oR R R R R R R R RU U U U KR R R R R R R R R ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?可見，四臂差動(dòng)工作，不僅消除了非線性誤差，而且輸出為單臂工作是的 4倍。此外，差動(dòng)電橋還能有效地消除或補(bǔ)償溫度引起的誤差。 提高靈敏度、降低非線性誤差、有效地補(bǔ)償溫度誤差是差動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)，在電橋測(cè)量中有廣泛的應(yīng)用。 四壁差動(dòng)電橋 ?2）差動(dòng)電橋補(bǔ)償法 ? 電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋） (4) 對(duì)于橋路電壓的放大，一般采用圖 中 所示儀表放大器（或稱儀器放大器、數(shù)據(jù)放大器）電路解決。 ? 電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋） (5) 5．交流電橋 1)緊耦合電感電橋（ Blum