4.1.2互感式传感器测量位移

●项目——位移检测●任务——轴承滚柱直径检测►互感式传感器●定义：把被测的非电量变化转换为线圈互感量M变化的传感器称为互感式传感器。电感式传感器测量位移互感式传感器电磁感应原理利用线圈的互感作用把被测位移量转换为感应电势的变化。由于这种传感器常常做成差动的形式，所以称差动变压器。变压器►差动变压器式传感器的工作原理差动变压器式传感器被测位移量互感量M变化一次线圈接入激励电源之后二次线圈产生感应电动势两者间的互感量变化感应电动势也相应变化由于两个二次线圈采用差动接法故称为差动变压器电感式传感器测量位移►差动变压器式传感器的工作原理变隙式变面积式螺线管式1243(a)气隙型123（b)螺管型4螺线管式差动变压器可以测量1~100mm机械位移测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等电感式传感器测量位移►差动变压器式传感器的工作原理1.螺线管式差动变压器——工作原理311212112212123根据初、次级排列不同二节式三节式四节式五节式零点电位较小灵敏度高、线性范围大改善了传感器线性度►差动变压器式传感器的工作原理1.螺线管式差动变压器——工作原理●螺管式差动变压器电感式传感器测量位移1-一次绕组;2-二次绕组;3-衔铁;4-测杆线圈铁芯衔铁测杆一次侧线圈二次侧线圈骨架电感式传感器测量位移1-一次绕组;2-二次绕组;3-衔铁;4-测杆骨架√骨架常采用绝缘、高频损耗小、抗潮湿、

温度膨胀系数小的材料制成圆柱形。√普通的可用胶木棒，

要求高的则用环氧玻璃纤维、聚砜塑料或聚四氟乙烯等。

√骨架的形状和尺寸要精密对称。►差动变压器式传感器的工作原理1.螺线管式差动变压器——工作原理●螺管式差动变压器电感式传感器测量位移1-一次绕组;2-二次绕组;3-衔铁;4-测杆线圈铁芯衔铁测杆√线圈通常用高强度漆包线密绕而成，

一般采用36～48号漆包线，导线直径取决于电源电压和频率的高低。►差动变压器式传感器的工作原理1.螺线管式差动变压器——工作原理●螺管式差动变压器电感式传感器测量位移1-一次绕组;2-二次绕组;3-衔铁;4-测杆线圈铁芯衔铁测杆√作用：提供闭合磁回路、磁屏蔽和机械保护►差动变压器式传感器的工作原理1.螺线管式差动变压器——工作原理●螺管式差动变压器电感式传感器测量位移1-一次绕组;2-二次绕组;3-衔铁;4-测杆线圈铁芯衔铁测杆√衔铁和铁芯用同种导磁材料制造。高精度差动变压器宜用高镍坡莫合金。铁芯和衔铁要经过适当的热处理，除去应力，以改进磁性能。►差动变压器式传感器的工作原理1.螺线管式差动变压器——工作原理电感式传感器测量位移差动变压器等效电路√为一次绕组激励电压；√M1、M2分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感，L1、R1分别为一次绕组的电感和有效电阻；√L21、L22分别为两个二次绕组的电感；√R21、R22分别为两个二次绕组的有效电阻。1.螺线管式差动变压器——工作原理电感式传感器测量位移差动变压器等效电路1.螺线管式差动变压器——工作原理√当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互感相同，因而由一次侧激励引起的感应电动势相同。E21=E22

。√由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。当衔铁移向二次绕组L21一边，这时互感M1增大，M2减小，因而二次绕组L21内感应电动势大于二次绕组L22内感应电动势，这时差动输出电动势不为零。在传感器的量程内，衔铁移动越大，差动输出电动势就越大。电感式传感器测量位移差动变压器等效电路1.螺线管式差动变压器——工作原理√当衔铁向二次绕组L22

一边移动差动输出电动势仍不为零，但由于移动方向改变，所以输出电动势反相。√因此通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。电感式传感器测量位移►差动变压器式传感器的工作原理1.螺线管式差动变压器——差动变压器输出特性差动变压器理想输出特性在线性范围内，输出电动势随衔铁正、负位移而线性增大。►差动变压器式传感器的工作原理●定义：当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值(从零点几mV到数十mV)存在，称为零点残余电压。电感式传感器测量位移1.螺线管式差动变压器——零点残余电压0E2x-xE0扩大了的零点残余电压的输出特性√零点残余电压的存在造成零点附近的不灵敏区√零点残余电压输入放大器内会使放大器末级趋向饱和，影响电路正常工作等零点残余电压►差动变压器式传感器的工作原理●定义：当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值(从零点几mV到数十mV)存在，称为零点残余电压。电感式传感器测量位移1.螺线管式差动变压器——零点残余电压原因原因由于工艺上的原因差动变压器二次绕组不可能完全对称由于线圈中的铜损、

磁性材料的铁损和材质的不均匀性、

线圈匝间分布电容的存在以及导磁材料磁化特性的非线性引起电流波形畸变而产生的高次谐波，

使励磁电流与所产生的磁通不同相►差动变压器式传感器的工作原理●定义：当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值(从零点几mV到数十mV)存在，称为零点残余电压。电感式传感器测量位移1.螺线管式差动变压器——零点残余电压消除零点残余电压方法从设计和工艺上保证结构对称性选用合适的测量线路采用补偿线路►差动变压器的测量电路差动变压器输出的有效值与铁心位移成正比它的相位与铁心位移的方向有关输出电压相敏检波电路差动整流电路●相敏检波电路的形式较多。●这种电路要求比较电压与差动变压器的输出电压具有相同频率、相同相位，必须接入移相电路。相敏检波电路输出直流电压信号，输出电压的极性能反映铁心位移的方向，即铁心位置从零点向上、下移动，对应输出电压符号为负极性或正极性。而且还可以消除残余电压。电感式传感器测量位移►差动变压器的测量电路1.相敏检波电路相敏检波电路相敏检波电路●