第3章 电感式传感器-2

第四节零点残余电压1.定义当两线圈Z1=Z2时，电桥平衡输出U0=0，因阻抗为复数阻抗，所以要使R1=R2，L1=L2，实际上电桥不宜达到绝对平衡，其输出曲线在零点有一个最小输出电压称为零点残余电压e0，（几毫伏至几十毫伏）e0过大，会使灵敏度下降，非线性误差增大，测量精度降低。甚至造成放大器末级趋于饱和，不能正常工作。所以e0的大小是判别传感器质量的重要标志之一。2.原因a.两线圈的等效参数不对称，（造成幅值不等）b.传感器有铁损和磁化曲线的非线性引起的高次谐波，c.电源电压含有高次谐波，d.线圈具有分布电容（匝间电容、材质不均匀，使相位不同）。3.减小零残电压的办法a.结构上：设计和制造上尽量保持对称等。b.电路调整法：(1)基波消除法(串联电阻R1)(2)高次谐波消除法(并联电阻R2)(3)变压器次级不对称造成相位不是严格相等(并联电容C)c.拆圈法：d.采用适当的测量电路,一般在放大电路中加入相敏检波,使其输出特性变为直线,此时输出电压不仅反映被测位移的极性,同时使零点残余电压减小到可以忽略的程度。第五节应用举例1.自感测微仪外形图结构图1—气缸2—活塞3—推杆4—被测滚柱5—落料管6—电感测微器7—钨钢测头8—限位挡板9—电磁翻板10—容器（料斗）电感式滚柱直径分选装置弹簧管式电感压力传感器2、压力测量3.转子流量计4.测加速度5.测位移第六节涡流式传感器一、工作原理涡流效应：金属导体置于变化的磁场中，导体内产生感应电动势，由于是导体，即成为感应电流，称为涡流。形成涡流应具备条件：1.存在交变磁场，2.导电体处于交变磁场中。),x,,(fZ由克希荷夫定律有0IMjI)LjR(UIMjI)LjR(122221112222222222zM)L(RM21RRR21LLL12221ILjRMjILjRUZUI)LLx(1)LLx(2非磁性（硬磁）磁性（软磁）则设电涡流效应演示当电涡流线圈与金属板的距离x减小时，电涡流线圈的等效电感L减小，等效电阻R增大。感抗XL的变化比R的变化大得多，流过电涡流线圈的电流i1增大。二、参数计算与分析1.涡流损耗功率涡流引起的能量损耗称为涡流损耗。其大小用涡流损耗功率表示。)rr(16hBdPP4i402m2rree0idrrir0h上式说明：影响Pe的有，Bm，导体的及涡流形成的范围等。2.线圈轴上磁感应强度xrBx1I2/322201x)rx(r2IB单匝载流导线在轴上产生的Bx1,Bx2211222222112222120xxrrxrrlnx)bx(rr)bx(rrln)bx(b)rr(2INB整个线圈在此处产生的Bx(2)线圈外径越大，线性范围越大，但灵敏度越低。反之，线圈外径越小，灵敏度越高，但线性范围越小。一般说来，线性范围大约是线圈外径的1/3~1/5。(3)线圈内径的变化,只是在靠近线圈处灵敏度稍有不同。(4)线圈厚度的变化也仅是在靠近线圈处对灵敏度稍有影响。分析讨论：(1)线圈尺寸参数（r2，r1，b）对Bx—x特性的影响结果如图。3.涡流分布（直接用结果）a.径向分布：在线圈外径处r=r2，涡流密度最大Jr=J0；在r0.4r2以内，基本上没有涡流；在r=1.8r2处，涡流密度将衰减到最大值的5%。b.轴向分布：按指数规律衰减。由于趋肤（集肤）效应，涡流只在表面薄层内存在。涡流的轴向贯穿深度h：是涡流密度等于J0/e时至导体表面的距离，)f/(hr0J0J0/eOhzJz三、转换电路1.桥式电路2.谐振幅值电路3.调频电路LC21f0调幅法非磁性(硬磁)软磁(磁性)非磁性(硬磁)四、低频透射涡流传感器若将激励频率减低，涡流的贯穿深度将加厚，与上面高频反射式相对，可做成低频透射式。ha.同一材料在不同频率:为使仪器具有较宽的测量范围与较好的线性，应选用较低的激励频率。如1kHz。在h较小时，f3的斜率f1的斜率,在h较大时，f1的斜率f3的斜率。测薄板时应选较高频率，测厚板时应选较低频率。b.同一频率不同的电阻率:贯穿深度不同，引起曲线变化，为使测量不同电阻率的材料所得到的曲线形状相近，要相应的改变激励频率。ohef1f2f3f3f2f1五、涡流式传感器的应用位移x作变换量：位移，厚度，振幅，转速。电阻率作变换量：温度，材料判别。磁导率作变换量：应力，硬度x，，综合可制成探伤装置。(非接触式)厚度测量转速测量振动测量能连续监测设备部件的振动温度在轴承失效前能早期预警温度测量利用导体的电阻率与温度的关系，保持线圈与被测导体之间的距离及其他参量不变，就可以测量金属材料的表面温度，还能通过接触气体或液体的金属导体来测量气体或液体的温度。当有金属物体穿越安检门时报警安检门演示安检门的内部设置有发射线圈和接收线圈。当有金属物体通过时，交变磁场就会在该金属导体表面产生电涡流，会在接收线圈中感应出电压，计算机根据感应电压的大小、相位来判定金属物体的大小。在安检门的侧面还安装一台“软x光”扫描仪，它对人体、胶卷无害，用软件处理的方法，可合成完整的光学图像。第七节压磁式传感器压磁效应：应力使铁磁材料的磁性质变化的现象。磁致伸缩效应：磁化过程中，各磁畴之间的界限发生移动，因而产生机械变形的现象。工作原理Thanks