【正文】 間位置 銜鐵上移 銜鐵下移 1 2 2 2 2, , 0abM M E E U? ? ?1 2 2 2 2, , 0abM M E E U? ? ?根據(jù)互感知識，輸出電壓： 2 2 2abU E E??即隨著銜鐵 位移 x的變化，互感式傳感器的 輸出電壓 也將發(fā)生變化。 結(jié)構(gòu)形式： 螺線管式互感傳感器 當一次線圈接入激勵電源之后，二次線圈就將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，當兩者間的互感量 M變化時，感應(yīng)電動勢也相應(yīng)變化。 互感式傳感器： 把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感量變化的傳感器。其中閉磁路有變隙式和變面積式互感傳感器，開磁路有螺線管式互感傳感器 ,其工作原理基本相同。浮子上升，鐵心上移，電感變化，輸出信號改變。通過交流電橋輸出電壓的大小就反映了被測壓力差的大小。其中 6為外殼， 7為兩個差動式自感傳感器的鐵心， 8為繞組線圈， 5為活動銜鐵， 9為兩導(dǎo)氣孔道。它是用改變氣隙長度的自感式傳感器為基礎(chǔ)組成的傳感器，其中感受氣體壓力的元件為膜盒，傳感器測量壓力的范圍將由膜盒的剛度來決定。 自感式傳感器的應(yīng)用 自感式傳感器是被廣泛采用的一種電磁機械式傳感器，它除可直接用于測量直線位移、角位移的靜態(tài)和動態(tài)量外，還可以它為基礎(chǔ)，用于測量力、壓力、轉(zhuǎn)矩等。 4）除選擇磁路材料要正確之外，不要為片面追求靈敏度而過高地提高供電電壓。如對 1）在設(shè)計及加工時要求高，則必然增加成本； 2）及 5）可加屏蔽保護。 圖 U0–l特性 造成零點殘余電壓的 主要原因 是： 1）差動式自感傳感器的兩個傳感器不完全對稱，如幾何尺寸不對稱、電氣參數(shù)不對稱及磁路參數(shù)不對稱； 2）線圈具有寄生電容，線圈與外殼、鐵心間存在分布電容； 3）供電電源中有高次諧波，而電橋只能對基波較好地預(yù)平衡； 4）供電電源很好，但由于傳感器具有鐵損即磁芯磁化曲線本身存在非線性； 5）工頻干擾。它表現(xiàn)為電橋預(yù)平衡時，無法實現(xiàn)平衡，總存在著某個輸出值 ΔU0。當 L變化時，輸出電壓 的幅值不變，相位角 φ隨之變化，根據(jù) φ的大小即可測出被測量值。 1 / (2 )f L C??圖 調(diào)相電路 3. 調(diào)相電路 調(diào)頻電路的 基本原理 是傳感器電感 L變化將引起輸出電壓 相位 φ的變化 。 圖 調(diào)頻電路 2. 調(diào)頻電路 調(diào)頻電路的基本原理是傳感器電感 L變化將引起輸出電壓 頻率 f發(fā)生 變化。同樣可以得出結(jié)果：當銜鐵下移時，電壓表總是反向偏轉(zhuǎn)，輸出為負 。 ? AECB中， C點電位由于 Z1↑， C點電位 ↓ ； ? AFDB中， D點電位由于 Z2↓， D點電位 ↑ ? D點電位高于 C點電位， 直流電壓表 正向偏轉(zhuǎn)。 0U 輸出電壓送到指示儀前，經(jīng)過一個能 判別相位的檢波電路 ，則不但可以反映位移的大小，還可以反映位移的方向（相位） —— 相敏檢波電路 。 在圖 （ a）中， R R2為平衡電阻， Z Z2為工作臂，即差動式自感傳感器銜鐵在中間位置時單個線圈的阻抗 : Z1=r1+jωL1； Z2=r2+jωL2 其中 r r2為銜鐵在中間位置時單個線圈的串聯(lián)損耗電阻，L L2為銜鐵在中間位置時單個線圈的起始電感量， ω為電源角頻率。 圖 交流電橋的一般形式及等效電路 1. 調(diào)幅電路 調(diào)幅電路的一種主要形式是交流電橋 。 把傳感器電感接入不同的轉(zhuǎn)換電路后，原則上可將電感量變化轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）的幅值、頻率、相位的變化，分別稱為 調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相 電路。 轉(zhuǎn)換電路 自感式傳感器實現(xiàn)了把被測物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)?電感量的變化。 截面型自感傳感器靈敏度較低，截面型的優(yōu)點是具有較好的線性 ，因而測量范圍可取大些。 2. 螺線管差動式自感傳感器 圖 螺管型差動式自感傳感器 由于 組合的兩個螺線管是對稱的 ，設(shè)初始時鐵心位于中央位置，因此鐵心兩邊的初始電感是相等的，為 2 2201 0 2 0 2 () c m cWL L L r l r ll?? ?? ? ? ?當鐵心由中間位置 向右移動 Δ lc后，將使右邊電感增加而左邊電感減少 ，即它們的電感值分別為 2 2201 2 [ ( ) ]c m c cWL r l r l ll?? ?? ? ? ?2 2202 2 [ ( ) ]c m c cWL r l r l ll?? ?? ? ? ?圖 螺管型差動式自感傳感器 可以推導(dǎo)，每邊的 靈敏度 ： 因此，要使初始電感 L10和L20 增大，必使 lc和 rc增大，但從靈敏度來看， lc的增大又使靈敏度降低，兩者是矛盾的，綜合考慮通常取lc=l/2。 由螺管型單極式自感傳感器的工作原理可知，由于 線圈電流 的存在，運動鐵心受到單向電磁力的作用，而且線圈電感量易受電源電壓和頻率及溫度變化等因素的影響，測量精度較低。 螺管式自感傳感器結(jié)構(gòu)簡單，裝配容易，自由行程大，示值范圍寬。 22 2200 2 ()WrL r l rl??? ? ?因此，線圈空心時，其電感值為 由此可見，螺管式自感傳感器其磁路是 開放 的，氣隙磁路占很長的部分。 載流螺線管原理 假設(shè) , 則可認為 B值沿徑向均勻分布，且沿軸向 B隨 x變化，這樣，當 P點位于軸線上不同位置時，其 B值也不同，為計算方便，取其平均值，即 rl??2200 12 20011 [ c o s c o s ] ( )2llCPW I W IB B d x d x r l rl l l l?? ??? ? ? ? ? ? ???當線圈空心時，其 電感值 為 2 2 2 22002 ()CPW B r W rWL r l rI I I l? ? ???? ? ? ? ? ?當 rl?? ，上式可近似為 2200 WrL l???22 2202 ()mcFe c c cWrL r l rl? ? ?? ? ?2 2 2 2 2 2 2002 [ ( ) ( ) ]F e c m c c cWL L L r r l r r r l rl?? ?? ? ? ? ? ? ? ?rl??ccrl??22202 ()c m cWL r l r ll?? ???當半徑為 rc，磁導(dǎo)率為 μm的鐵心插入螺管線圈時， 插入部分的磁阻下降，磁感應(yīng)強度 B值增大，從而使電感值增加 。當用恒流源激勵時，則線圈的輸出電壓與鐵心的位移量有關(guān)。主要元件為一只螺管線圈和一根圓柱形的運動鐵心。 開磁路式自感傳感器 螺管式自感傳感器 螺管式自感傳感器利用 載流螺線管原理 制成，所不同的是在載流螺線管內(nèi)有與外作用固連在一起的圓柱形運動鐵心。 2 002WSLSl???2002sWKl?? 變截面型自感式傳感器其轉(zhuǎn)換關(guān)系是線性的，即 同時，其靈敏度為常數(shù) 閉磁路差動式自感傳感器 圖 差動式自感傳感器 圖 差動式自感傳感器 如果采用差動變隙型電感傳感器，則 靈敏度提高一倍，線性度提高一個數(shù)量級 。 sU??L1L2RoRooU?1 22131— 鐵 芯 ；2— 線 圈 ；3— 銜鐵附圖 差動變氣隙型電感傳感器 變氣隙式電感傳感器位移行程很小，一般 0ll?=~ 差動