1、传感器技术及应用传感器技术及应用机械机械0920112012第二学期第二学期2012年年3月月3.3 互感式传感器互感式传感器（差动变压器）（差动变压器）l互感式传感器是一种线圈互感互感式传感器是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传随衔铁位移变化的变磁阻式传感器。感器。l其原理类似于变压器。其原理类似于变压器。变气隙式互感传感器变气隙式互感传感器螺管式差动变压器结构螺管式差动变压器结构工作原理示意工作原理示意3.3.1 工作原理工作原理l差动变压器的等效电路差动变压器的等效电路如图示如图示l传感器开路输出电压传感器开路输出电压U Uo o2221EEUo其中初级线圈激励电其中初级线圈激励电流
2、流I I 激励电压激励电压U U ：111LjRZ1ZUIIMMj21差动变压器的输出特性与初级线圈对两个次级差动变压器的输出特性与初级线圈对两个次级线圈的互感之差线圈的互感之差M（M1M2）有关）有关输入阻抗输入阻抗：差动变压器的输出正比于互感之差差动变压器的输出正比于互感之差l当衔铁在中间位置时，当衔铁在中间位置时，lM1M2M，lM0 输出电压输出电压U00。q当衔铁偏离中间位置时当衔铁偏离中间位置时lM1MM M2MMl差值差值(M1M2）2M lM与衔铁位移成比例。与衔铁位移成比例。差动变压器差动变压器与差动与差动自感电感传感器自感电感传感器的区别：的区别：1、前者有三组线圈前者有三
3、组线圈，而，而后者只有两组后者只有两组2、前者是利用、前者是利用变压器原理变压器原理工作的工作的互感传感互感传感器器，而后者仅是，而后者仅是共用一个铁心共用一个铁心的的两个电两个电感感。差动变压器的灵敏度差动变压器的灵敏度一般用一般用 V/mm/V（输出（输出/位移位移/励磁）表示励磁）表示，一般差动变压器的灵敏度：一般差动变压器的灵敏度：50 V/mm/V。差动变压器（螺管式）的线性范围：差动变压器（螺管式）的线性范围：一般取线圈骨架长度的一般取线圈骨架长度的1/101/4（从中间开始）。（从中间开始）。v改善线性的途径：改善线性的途径：绕线均匀，绕线均匀，选择适当的激磁频率、铁心长度及选择
4、适当的激磁频率、铁心长度及负载阻抗（一般较大）；负载阻抗（一般较大）；采用相敏整流电路。采用相敏整流电路。零点残余电压零点残余电压理论：理论：两个二次线圈反向串联，当两个二次线圈反向串联，当衔铁衔铁处于中间时，输出为零处于中间时，输出为零。实际实际：在所谓的在所谓的零点往往输出信号不为零点往往输出信号不为零零，给测量带来误差。给测量带来误差。原因：两线圈参数不对称；磁性材料磁原因：两线圈参数不对称；磁性材料磁化曲线的非线性及磁滞损耗。化曲线的非线性及磁滞损耗。3.3.2 测量电路测量电路l差动变压器的差动变压器的输出电压是调输出电压是调幅波幅波，为了辨别衔铁的移动，为了辨别衔铁的移动方向，需要
5、进行解调。方向，需要进行解调。l常用测量电路常用测量电路l差动相敏检波电路、差动整差动相敏检波电路、差动整流电路、直流差动变压器电流电路、直流差动变压器电路。路。1、差动相敏检波电路、差动相敏检波电路l要求要求参考电压参考电压与次级输出电压相位相同或与次级输出电压相位相同或相反，相反，l需要接入需要接入移相器移相器2、差动整流电路、差动整流电路l需经低通滤波器消除高频分量，才需经低通滤波器消除高频分量，才能获得与衔铁运动一致的直流输出能获得与衔铁运动一致的直流输出3、直流差动变压器电路、直流差动变压器电路l在差动变压器初级的一端，增加直流电在差动变压器初级的一端，增加直流电源与多谐振荡器，形成
6、源与多谐振荡器，形成“直进直出直进直出”差动变压器的应用一：差动变压器的应用一：LVDTlLinear Variable Differential Transformer 线性可变差动变压器线性可变差动变压器属于直线位移传感器。属于直线位移传感器。铁芯与装有弹簧的滑轴相铁芯与装有弹簧的滑轴相连连,测量触头可更换测量触头可更换非接触式测量头非接触式测量头直流差动变压器电路直流差动变压器电路l差动变压器从供电方式可分为差动变压器从供电方式可分为交流式交流式和和直直流式流式两种。两种。l 直流式差动变压器直流式差动变压器是将直流电通过振荡是将直流电通过振荡器变为交流电，器变为交流电，并将电子电路与差
7、动变并将电子电路与差动变压器封装在一起。压器封装在一起。l直流式传感器直流式传感器,供给稳定的直流电供给稳定的直流电,就能获就能获得与位移成正比的直流电压输出。得与位移成正比的直流电压输出。直流电源振荡器差动变压器相敏解调器直流输出LVDTLVDT及其及其变送器变送器 DADA位移传感器位移传感器l 把把LVDT的测量电路采用微电的测量电路采用微电子技术全部封装入壳体内。输子技术全部封装入壳体内。输入电压入电压9V15V，输出，输出信号信号5V或或05V或或010V或或420mA的信号的信号 LVDTLVDT及其及其变变送器送器 LVDTLVDT的变送器的变送器LVDT的测量范围的测量范围l例
8、：某产品规格：例：某产品规格：lDA-0.5、DA-1、DA-2、DA-5、DA-10、DA-20、DA-25、lDA-35、DA-50、DA-75、lDA-100、DA-125、lDA-150、DA-200、lDA-250、DA-300DA-0.5型型 l测量范围：测量范围：l0.5mm或或01mm 线线 性性 度：度：0.05 工作电源：工作电源：9V，12V，15V，+24V，+12V，+5V 输出信号：输出信号：5V,10V，05V，010V，15V,420mA 频频 响：响：0800Hz（-3db）灵灵 敏敏 度：度：10000mV/mm 温度系数：温度系数：0.01%/0.03%/
9、工作温度：工作温度：-1070 是否回弹式：可选是否回弹式：可选 电缆线长：免费配电缆线长：免费配2米，也可据需提供米，也可据需提供 DA-150型型l测量范围：测量范围：150mm或或0300mm 线线 性性 度：度：0.1或或0.2或或0.3 工作电源：工作电源：9V，12V，15V，+24V，+12V，+5V 输出信号：输出信号：5V,10V，05V，010V，15V,420mA 频频 响：响：0200Hz（-3db）灵灵 敏敏 度：度：33.3mV/mm 温度系数：温度系数：0.01%/0.03%/工作温度：工作温度：-1070 是否回弹式：非回弹是否回弹式：非回弹 电缆线长：免费配电缆线长：免费配2米，也可据需提供米，也可据需提供 应用二应用二应用三应用三作业作业l3-1l3-6l3-7l3-12
