感測技術(shù)--ch5-2

1、第二部分第二部分 電感式傳感器電感式傳感器電感式傳感器電感式傳感器 利用電磁感應(yīng)原理將被測非電量如位移、壓力、流量、 振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈自感量L或互感量M的變化, 再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出, 這種裝置稱為電感式傳感器。 電感式傳感器有自感式、互感式和電渦流式三種 本節(jié)主要介紹互感式電感式傳感器。 電感式傳感器能實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制, 在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中被廣泛采用。 一、互感式傳感器（差動(dòng)變壓器式傳感器）工作原理互感式傳感器（差動(dòng)變壓器式傳感器）工作原理 把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感量變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的, 并

2、且次級繞組都用差動(dòng)形式連接, 故稱差動(dòng)變壓器式傳感器。 差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式較多, 有變隙式、 變面積式和螺線管式等, 但其工作原理基本一樣。非電量測量中, 應(yīng)用最多的是螺線管式差動(dòng)變壓器, 它可以測量1100mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移, 并具有測量精度高, 靈敏度高, 結(jié)構(gòu)簡單, 性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。 一個(gè)初級線圈加交流激勵(lì)，兩個(gè)二次線圈對稱差動(dòng)連接。被測量帶動(dòng)銜鐵上下移動(dòng)。它由初級線圈, 兩個(gè)次級線圈和插入線圈中央的圓柱形鐵芯等組成。轉(zhuǎn)換電路和傳感器的靈敏度 傳感器實(shí)現(xiàn)了把被測量轉(zhuǎn)變?yōu)樽愿泻突ジ辛康淖兓?，如何將電感值隨外作用的變化轉(zhuǎn)換成可用的電信號(hào)？原則上講可將互感的變化轉(zhuǎn)換成電壓（電流）的幅值、頻率

3、、相位的變化，他們分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相電路。 差動(dòng)變壓器的三種轉(zhuǎn)換電路差動(dòng)變壓器的三種轉(zhuǎn)換電路 1. 變壓器式交流電橋變壓器式交流電橋變壓器式交流電橋測量電路如圖所示, 電橋兩臂Z1、 Z2為傳感器線圈阻抗, 另外兩橋臂為交流變壓器次級線圈的 1/2 阻抗。當(dāng)負(fù)截阻抗為無窮大時(shí), 橋路輸出電壓1120121222Z UZZUUUZZZZ 當(dāng)傳感器的銜鐵處于中間位置, 即Z1= Z2=Z時(shí)有=0, 電橋平衡。 0U當(dāng)傳感器銜鐵上移時(shí), 即Z1=Z+Z, Z2=Z-Z, 此時(shí)022UZULUZL 當(dāng)傳感器銜鐵下移時(shí), 則Z1=Z-Z, Z2=Z+Z 此時(shí)從以上兩式可知, 銜鐵上下移動(dòng)相同距離時(shí)

4、, 輸出電壓的大小相等, 但方向相反, 由于 是交流電壓, 輸出指示無法判斷位移方向, 必須配合相敏檢波電路來解決。 022UZULUZL 0U傳感器線圈的阻抗變化 為損耗電阻變化 及感抗變化 兩部分。ZRLZRj因?yàn)槿∪⒎諾ZZRLRL 02UZUZ代入忽略/R R則2022()2()ULLURLL若設(shè)計(jì)成/L LR R 則20222()2()2(1 1/)ULLULURLLQL2. 諧振式測量電路諧振式測量電路定頻調(diào)幅電路定頻調(diào)幅電路 在調(diào)幅電路中, 傳感器電感L與電容C, 變壓器原邊串聯(lián)在一起, 接入交流電源, 變壓器副邊將有電壓 輸出, 輸出電壓的頻率與電源頻率相同, 而幅值隨著電感

5、L而變化, 圖 （b）所示為輸出電壓 與電感L的關(guān)系曲線, 其中L0為諧振點(diǎn)的電感值,串聯(lián)諧振時(shí)，串聯(lián)諧振時(shí)，LC輸出阻抗最小，輸出阻抗最小，輸出電壓最大。輸出電壓最大。0U0U此電路靈敏度很高, 但線性差, 適用于線性要求不高的場合。LCf1210諧振頻率被測量引起電感變化，回路失諧，LC阻抗增大，變壓器副邊輸出電壓減小。諧振式調(diào)頻電路諧振式調(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的變化。 一般是把傳感器電感L和電容C接入一個(gè)振蕩回路中, 其振蕩頻率f=1/2（LC）/2。 當(dāng)L變化時(shí), 振蕩頻率隨之變化, 根據(jù)f的大小即可測出被測量的值。圖 （b）表示f與L的特性, 它具有明