【正文】 002NsL ???2 2 20 0 0 0 0 0 01 0 00 0 0 0 0s s s 2( 1 )2 ( ) 2 2 2 2N N NL L L L? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ???上一頁 下一頁 返回 自感式電感傳感器 ? 電感量的相對(duì)變化為 ? 當(dāng) 時(shí)，可將上式展開成泰勒級(jí)數(shù)形式 ? (43) ? 同理，當(dāng)銜鐵上移 時(shí)，電感量變化為 ΔL2 ? 電感量的相對(duì)變化為 ? 同樣展開成泰勒級(jí)數(shù)形式 10 0 001( ) ( )1LL???? ? ??? ??????? ?01???2210 0 0 0( ) ( )LL ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ??2 0 00L L L L ????? ? ? ? ??20 0 001( ) ( )1LL???? ? ??? ??? ? ? ???? ?上一頁 下一頁 返回 自感式電感傳感器 ? (44) ? 忽略式 (43)或式 (44)中二次項(xiàng)以上的高次項(xiàng)，可得 ? 傳感器的靈敏度為 ? 由上式可見，變隙式電感傳感器的測(cè)量范圍與靈敏度及線性度相矛盾。所以，單邊變間隙式電感傳感器存在線性度要求與測(cè)量范圍要求的矛盾。它是一條雙曲線，所以非線性是較嚴(yán)重的。 ? 為解決這一矛盾，通常采用差動(dòng)變隙式電感傳感器，差動(dòng)式變間隙電感傳感器，要求上、下兩鐵心和線圈的幾何尺寸與電氣參數(shù)完全對(duì)稱，銜鐵通過導(dǎo)桿與被測(cè)物相連，當(dāng)被測(cè)物上下移動(dòng)時(shí)，銜鐵也偏離對(duì)稱位置上下移動(dòng)，使一邊間隙增大，而另一邊減小，兩個(gè)回路的磁阻發(fā)生大小相等、方向相反的變化，一個(gè)線圈的電感增加，一個(gè)則減少，形成差動(dòng)形式。所以，實(shí)用中經(jīng)常采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)。 ? 變面積型電感傳感器 ? 如果變隙式電感傳感器的氣隙長度不變，鐵心與銜鐵之間相對(duì)覆蓋面積隨被測(cè)量的變化而改變，從而導(dǎo)致線圈的電感量發(fā)生變化，這種形式稱之為變面積型電感傳感器，其結(jié)構(gòu)示意圖如 圖 42所示。特性曲線如 圖 43所示。當(dāng)活動(dòng)銜鐵隨被測(cè)物移動(dòng)時(shí)，線圈磁力線路徑上的磁阻發(fā)生變化，線圈電感量也因此而變化。 ? 設(shè)線圈長度為 l、線圈的平均半徑為 r、線圈的匝數(shù)為 N、銜鐵進(jìn)入線圈的長度 la、銜鐵的半徑為 ra、鐵心的有效磁導(dǎo)率為 181。試驗(yàn)與理論證明，若忽略次要因素，且滿足 l》 r， ? 則線圈的電感量 L與銜鐵進(jìn)入線圈的長度 la的關(guān)系可表示為 上一頁 下一頁 返回 自感式電感傳感器 ? 則線圈的電感量 L與銜鐵進(jìn)入線圈的長度 la的關(guān)系可表示為 ? (46) ? 通過以上三種形式的電感傳感器的分析，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。 ? 變面積式靈敏度較前者小，但線度較好，量程較大，使用比較廣泛。 ? 差動(dòng)式電感傳感器 222224 π ( 1 )m a aNL lr l rl ???? ? ???上一頁 下一頁 返回 自感式電感傳感器 ? 在實(shí)際使用中，常采用兩個(gè)相同的傳感線圈共用一個(gè)銜鐵，構(gòu)成差動(dòng)式電感傳感器，這樣可以提高傳感器的靈敏度，減小測(cè)量誤差。 ? 差動(dòng)式電感傳感器的結(jié)構(gòu)要求兩個(gè)導(dǎo)磁體的幾何尺寸及材料完全相同，兩個(gè)線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸完全相同。 ? 電感式傳感器的測(cè)量電路 上一頁 下一頁 返回 自感式電感傳感器 ? 交流電橋是電感式傳感器的主要測(cè)量電路，它的作用是將線圈電感的變化轉(zhuǎn)換成電橋電路的電壓或電流輸出。通常將傳感器作為電橋的兩個(gè)工作臂，電橋的平衡臂可以是純電阻，也可以是變壓器的二次側(cè)繞組或緊耦合電感線圈。 ? 1. 電阻平衡臂電橋 ? 電阻平衡臂電橋如 圖 46(a)所示。由 ；L1= L2=L；則有 Z1=Z2=Z=R’+jwL，另有 R1=R2=R。1 1 1Z R L?? 39。 39。12R R R??1 1 1 1 2o1 2 1 2 1 2Z 2 ( )Z Z ( ) 2R Z R R Z Z UZU U U UR R Z Z Z?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ?上一頁 下一頁 返回 自感式電感傳感器 ? 當(dāng) ωLR’時(shí)，上式可近似為： ? ? 由上式可以看出：交流電橋的輸出電壓與傳感器電感的相對(duì)變化量是成正比的。 ? 圖 47所示是一個(gè)采用了帶相敏整流的交流電橋。 ? 設(shè)差動(dòng)電感傳感器的線圈阻抗分別為 Z1和 Z2。 o 2UZUZ?? ???上一頁 下一頁 返回 自感式電感傳感器 ? 當(dāng)銜鐵上移，上部線圈阻抗增大， Z1=Z+ΔZ，則下部線圈阻抗減小， Z2=ZΔZ 。在 AECB支路中， C點(diǎn)電位由于 Z1增大而比平衡時(shí)的C點(diǎn)電位降低；而在 AFDB支路中， D點(diǎn)電位由于 Z2的降低而比平衡時(shí) D點(diǎn)的電位增高，所以 D點(diǎn)電位高于 C點(diǎn)電位，直流電壓表正向偏轉(zhuǎn)。 上一頁 下一頁 返回 自感式電感傳感器 ? 同樣可以得出結(jié)果：當(dāng)銜鐵下移時(shí)，電壓表總是反向偏轉(zhuǎn)，輸出為負(fù)。 ? 3. 緊耦合電感臂電橋 ? 該電橋 46(c)以差動(dòng)電感傳感器的兩個(gè)線圈作為電橋工作臂，而緊耦合的兩個(gè)電感作為固定橋臂組成電橋電路。 上一頁 下一頁 返回 互感式電感傳感器 ? 互感式電感傳感器是利用線圈的互感作用被測(cè)非電量變化轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化。由于在使用時(shí)兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)完全相同的次級(jí)繞組采用反向串接，以差動(dòng)方式輸出，所以又把這種傳感器稱為差動(dòng)變壓器式電感傳感器，通常簡稱為差動(dòng)變壓器。 上一頁 下一頁 返回 互感式電感傳感器 ? 初級(jí)繞組作為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，相當(dāng)于變壓器的原邊，而次級(jí)繞組相當(dāng)于變壓器的副邊。初始狀態(tài)時(shí)，銜鐵處于中間位置，即兩邊氣隙相同，兩次級(jí)線圈的互感相等，即 M1=M2，由于兩個(gè)次級(jí)線圈做得一樣，磁路對(duì)稱，所以兩個(gè)次級(jí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同，即有 E21=E22，當(dāng)次級(jí)線圈接成反向串聯(lián)，則傳感器的輸出為 ? 。即差動(dòng)變壓器有電壓輸出，此電壓的大小與極性反映被測(cè)物位移的大小與方向。1 1 1 1 139。負(fù)號(hào)表示的是，當(dāng)銜鐵向上移動(dòng)， 為正，輸出電壓與輸入電壓反相 (相位差180176。 ? 傳感器的靈敏度為 ? (49) ? 螺管式差動(dòng)變壓器 ? 1. 工作原理 ? 螺管型差動(dòng)變壓器根據(jù)初、次級(jí)排列不同有二節(jié)