最新第三章--互感式传感器教学讲义ppt.ppt

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1、第三章--互感式传感器工作原理类似于变压器。初、次级绕组的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移的改变而变化。初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，而次级线圈由结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接而成，且以差动方式输出，相当于变压器的副边。所以又把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称为差动变压器。1234原理:电磁感应M(互感)差动变压器的等效电路差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响）时的等效电路：～～～e2R21R22e21e22e1

2、R1M1M2L21L22L1I1e1初级线圈激励电压L1,R1初级线圈电感和电阻M1,M1分别为初级与次级线圈1,2间的互感L21,L22两个次级线圈的电感R21,R22两个次级线圈的电阻当次级开路时，初级绕组的交流电流为：次级绕组的感应电动势为：由于次级绕组反向串接，故差动变压器输出电压为1基波正交分量(a)残余电压的波形(b)波形分析13245UZtUiUZUt2基波同相分量3二次谐波4三次谐波5电磁干扰零点残余电压波形零点残余电压产生原因P68：①基波分量两个二次测量线圈的等效参数（电感、电阻

3、）不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，不能达到幅值和相位同时相同。②高次谐波由于导磁材料(铁心)磁化曲线(B-H特性)的非线性、磁滞损耗和两线圈磁路的不对称，造成两线圈中某些高次谐波成分不一样，不能互相抵消激励电流波形失真，其内含高次谐波分量1．从设计和工艺上保证结构对称性力求做到磁路对称，线圈对称，线圈绕制要均匀。铁芯材料要均匀，要经过热处理去除机械应力和改善磁性。消除零点残余电压方法：P68相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移动方向，而且把衔铁在中间位置时的零点残余电压消除

4、掉。2．选用合适的测量线路3．采用补偿线路在差动变压器次级绕组侧串、并联适当数值的电阻、电容元件，当调整这些元件时，可使零点残存电压减小。补偿原理：改变二次侧线圈的阻抗，使两二次输出电压的大小和相位改变，使零点电压最小。补偿零点残余电压的电路3.2.3测量电路能辨别移动方向消除零点残余电压（1）差动整流电路（2）相敏检波电路1差动整流电路电阻R0用于调整零点残余电压。整流原理:把差动变压器的两个次级输出电压分别整流,然后将整流的电压或电流的差值作为输出。整流器件:二极管及由它们组成的电桥。U2=U2

5、4-U68（1）全波电压输出ttt铁芯在零位以上U24U68U2铁芯在零位U24tttU68U2tttU24U68U2铁芯在零位以下U2=U24-U68（2）半波电压输出abcd参考电压Ｕ２和差动变压器的输出电压Ｕ１同频，经过移相器使Ｕ２和Ｕ１保持同相或反相，且满足Ｕ２＞＞Ｕ１2．二级管相敏检波电路D2u1u2RRLRD3D1D4RRT1T2e1e2参考电压差动变压器的输出电压u1u2RRLRD3D2D1D4RRT1T2①当衔铁在中间位置时，Ｕ１=0,只有Ｕ２起作用。u1=u２i３=i４i０=i４-

6、i３=０正半周时:如果存在零点电位,则可以通过调节F,点,使IO为0+u1u2RRLRD3D2D1D4RRT1T2+-+-i1i2负半周时i１=i２i０=i１－i２=０正半周时故i４＞i３，流经RL的电流为i０=i４－i３＞０②当衔铁在零位以上时，Ｕ１与Ｕ２同频同相。i4i3D2u1u2-R+RLRD3D1D4RRT1T2+-e1e2-+-+负半周时故i１＞i２，流经RL的电流为i０=i１－i２＞０i1i2D2u1u2+R-RLRD3D1D4RRT1T2-+e1e2+-+-Ｕ２正半周Ｕ１负半周故i４

7、＜i３。流经RL的电流为i０=i４－i３＜０③当衔铁在零位以下时，Ｕ１与Ｕ２同频反相i4D2u1u2-R+RLRD3D1D4RRT1T2+-e1e2+-+-i3同理:在Ｕ２负半周Ｕ１正半周时：i１＜i２i０=i１－i２＜０．i1i2D2u1u2+R-RLRD3D1D4RRT1T2-+e1e2_+-+结论：１．衔铁在中间位置时，无论参考电压是正半周还是负半周，在负载RL上的输出电压始终为0．２．衔铁在零位以上移动时，无论参考电压是正半周还是负半周，在负载RL上得到的输出电压始终为正。３．衔铁在零位以下

8、移动时，无论参考电压是正半周还是负半周，在负载RL上得到的输出电压始终为负。由此可见，该电路能判别铁芯移动的方向。tU10U2t0ti10ti20ti40ti00二级管相敏检波在U1、U2同相位时的波形ti30相敏检波前后的输出特性曲线x0ULx0UL（a）经过相敏检波电路后，正位移输出正电压，负位移输出负电压。差动变压器的输出经过相敏检波以后，特性曲线由图（a）变成（b），残存电压自动消失。（b）能转换成位移变化的参数，如力、压力、压差、加速度、振动、工件尺寸等，可