自动检测3答案

第三章 电感式传感器及其应用

1.试说明单线圈变隙式差动传感器的主要组成，工作原理和基本特性

单线圈型电感传感器的主要组成部分有线圈，铁芯和衔铁三部分，铁芯和衔铁由导磁材料制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，单线圈电感传感器通过改变气隙厚度，铁芯和衔铁的相对覆盖面积等造成磁阻变化。其基本特性是结构简单，工作可靠，寿命长。

带有可移动衔铁铁芯的电感线圈，其电感量与衔铁和铁芯之间的间隙有关。间隙越小电感量越大，反之电感量越小。

如果两个独立的电感线圈A，B共用一个可移动的衔铁，衔铁靠近A线圈时远离B线圈，此时A电感量增大B电感量减少；衔铁靠近B线圈同时远离A线圈，此时B电感量增大A电感量减少。如果把被测位移的物体与衔铁相连接，就构成了变隙式差动电感位移传感器。 把A，B两个电感线圈作为交流电桥的两个臂，就可以把被测位移转换为电压信号输出。 (1)差动式比单线圈式的电感传感器的灵敏度提高一倍。（2)差动式的线性度明显地改善;(3)由外界的影响，差动式也基本上可以相互抵消，衔铁承受的电磁式也较小，从而可减小测量误差。

2.为什么螺线管式电感传感器比变隙式传感器由更大的测位移范围?

螺线管式电感传感器这种传感器结构简单，制作容易，但灵敏度稍低，且衔铁在螺线管中间时，才有可能呈现线性关系。此传感器适合位移较大的场合测量。

K1与变量?有关，因而K1不是一常数，?越小，灵敏度K1越高，为了保证一定的线性度，变隙式电感传感器仅能工作于一小段的区域，因而只能用于微小位移的测量。

3.电感式传感器测量电路的主要任务是什么？变压器式电桥和带相敏整流的交流电桥，谁能更好的完成这一任务？为什么

副线圈可以直接输出电压、电流；用霍尔元件测量磁感强度、磁路与衔铁连接会产生力，用压力传感器可以测量电感量的变化、用一个弹簧顶住衔铁，随力的大小变会，距离产生了变化，可以再用位移传感器将电感量的变化测出。

带相敏整流的交流电桥更能完成这一任务，因为不仅可以位移 大小 方向，还能消除零点电压的影响。

4.为什么螺线管差动变压器比变隙式差动传感的测量范围大？

螺线管式电感传感器这种传感器结构简单，制作容易，但灵敏度稍低，且衔铁在螺线管中间时，才有可能呈现线性关系。此传感器适合位移较大的场合测量。

K1与变量?有关，因而K1不是一常数，?越小，灵敏度K1越高，为了保证一定的线性度，变隙式电感传感器仅能工作于一小段的区域，因而只能用于微小位移的测量。

5.何谓零点残余电压？ 说明该电压的产生原因及消除方法。

当衔铁处于差动电感的中间位置附近时，可以发现，无论怎样调节衔铁的位置，均无法使测量转换电路为零，总有一个很小的输出电压存在，此电压称为零点电压。 零点残余电压的存在会造成测量系统在最关键的零点附近存在一小段不灵敏区，它一方面限制系统的分辨率，另一方面也造成输出电压U0与位移间的非线性。

造成零点残余的电压的原因有：（1）两电感线圈等效参数不完全对称：（2）存在寄生参数，如线圈的寄生电容等，(3)电源电压含有高次谐波：（4）励磁电流太大使磁路的磁化曲线存在非线性区。减小零点残余电压的方法常有：（1）提高电感线圈等效参数的对称性：（2）尽量采用正弦波作为激励源：（3）：正确选择磁路材料，同时适当减小线圈的励磁电流。（4）在线圈上并联阻容移向网络（5）：采用相敏检波电路。

6.差动变压器的测量电路有几种类型？试述它们的组成和基本原理。为什么这类电路可以消除零点残余电压？

差动变压器的转换电路一般采用反串联和桥路两种。反串联电力就是直接把两个二次绕组反向串接，在这种情况下，空载输出电压等于两个二次绕组感应电动势之差。

可见，这种电路的灵敏度为前一种的1/2，其优点是利用RP可进行电调零，不再需要另配置调零电路。但差动变压器的输出电压是交流分量，它与衔铁位移成正比，在用交流电压表进行测量输出电压时，存在着零点残余电压输出无法克服以及衔铁的移动方向无法判别等问题。为此，常用差动相敏检波整流电路来解决。

（1）：差动相敏检波电路 图3-15所示为差动相敏检波电路的两个例子，要求参考电压UR与U0频率相同，相位相反，因而可以在电路中接入移相电路实现。另外参考电压UR在电路中起开关控制作用，为了克服死区电压就要求UR幅值应大于二极管导通电压的若干倍。

（2）：差动整流电路 差动整流电路也能克服零点残余电压的影响。如图所示的测量转换电路。二次侧电压分别经两个普通桥式电路整流，变成直流电压Ua0,Ub0.由于整流后的电压是直流电，不存在相位不平衡的问题。

7.什么是电涡流效应？概述电涡流式传感器的基本结构与工作原理

基于法拉第电磁感应现象，块状金属导体置于变化着的磁场中或存在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈螺旋状的感应电流，词典刘叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。要形成涡流必须具备：（1）存在交变磁场（2）：导电体处于交变磁场中。

基本结构 电涡流式传感器的基本结构主要是线圈和框架组成，根据线圈在框架上的安置方法，传感器的结构可分为两种形式：一种是单独绕成一只无框架的扁平圆形线圈，用胶水将此线圈粘接与框架的顶部，用导线在槽中绕成一只线圈。

工作原理 如果把一个励磁线圈置于金属导体附近 当线圈中通过以正弦交变电源Ui时，线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1,使置于此磁场中的金属导体中感应出电涡流i1,i2又产生新的交变磁场H1,导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。金属导体的电阻率，磁导率，线圈与金属导体的距离以及线圈励磁电流的角频率等参数，都将通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗联系。 若能保持其中大部分参数恒定不变，只改变其中一个参数，这样能

形成传感器的线圈组成阻抗Z与此参数的单值函数。再通过传感器的配用电路测出阻抗Z的变化量，即可实现对该参数的非电量测量，这就是电涡流式传感器的基本工作原理。

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