发布时间 : 星期四 文章电感式微位移传感器 - 图文更新完毕开始阅读7dec5062f111f18583d05aaf
消除零点残余电压方法：
1、从设计和工艺上保证结构对称性
为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加工精度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构。其次，应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的导磁材料。并应经过热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀性和稳定性。由高次谐波产生的因素可知，磁路工作点应选在磁化曲线的线性段。 2、选用合适的测量线路
采用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，因高次谐波引起的零点残余电压消除掉。如图，采用相敏检波后衔铁反行程时的特性曲线由1变到2，从而消除了零点残余电压。
相敏检波后的输出特性 3．采用补偿线路
①由于两个次级线圈感应电压相位不同，并联电容可改变其一的相位，也可将电容C改为电阻，如图(a)。由于R的分流作用将使流入传感器线圈的电流发生变化，从而改变磁化曲线的工作点，减小高次谐波所产生的残余电压。图(b)中串联电阻R可以调整次级线圈的电阻分量。
调相位式残余电压补偿电路
②并联电位器W用于电气调零，改变两次级线圈输出电压的相位，如图所示。电容C(0.02
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μF)可防止调整电位器时使零点移动。
电位器调零点残余电压补偿电路
③接入R0(几百kΩ)或补偿线圈L0(几百匝)。绕在差动变压器的初级线圈上以减小负载 电压，避免负载不是纯电阻而引起较大的零点残余电压。电路如图。
R或L补偿电路
（四）测量电路
差动变压器的输出电压为交流，它与衔铁位移成正比。用交流电压表测量其输出值只能反映衔铁位移的大小，不能反映移动的方向，因此常采用差动整流电路和相敏检波电路进行测量。
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图示是二极管相敏检波电路。差动电感式传感器的两个线圈作为交流电桥相邻的两个工作臂，指示仪表是中心为零刻度的直流电压表或数字电压表。这种电路容易做到输出平衡，而且便于阻抗匹配。
带相敏整流的交流电桥
设差动电感传感器的线圈阻抗分别为Z1和Z2。当衔铁处于中间位置时，Z1=Z2=Z，电桥处于平衡状态，C点电位等于D点地位，电表指示为零。
当衔铁上移，上部线圈阻抗增大，Z1=Z+△Z，则下部线圈阻抗减少，Z2=Z-△Z。如果输入交流电压为正半周，则A点电位为正，B点电位为负，二极管V1、V4导通，V2、V3截止。在A-E-C-B支路中，C点电位由于Z1增大而比平衡时的C点电位降低；而在A-F-D-B支中中，D点电位由于Z2的降低而比平衡时D点的电位增高，所以D点电位高于C点电位，直流电压表正向偏转。
如果输入交流电压为负半周，A点电位为负，B点电位为正，二极管V2、V3导通，V1、V4截止，则在A-F-C-B支中中，C点电位由于Z2减少而比平衡时降低（平衡时，输入电压若为负半周，即B点电位为正，A点电位为负，C点相对于B点为负电位，Z2减少时，C点电位更负）；而在A-E-D-B支路中，D点电位由于Z1的增加而比平衡时的电位增高，所以仍然是D点电位高于C点电位，电压表正向偏转。
同样可以得出结果：当衔铁下移时，电压表总是反向偏转，输出为负。
可见采用带相敏整流的交流电桥，输出信号既能反映位移大小又能反映位移的方向。 （五）电感式传感器系统总结构
电感式测微仪硬件电路主要包括电感式传感器、正弦波振荡器、放大器、相敏检波器及单片机系统。正弦波振荡器为电感式传感器和相敏检波器提供了频率和幅值稳定的激励电压，正弦波振荡器输出的信号加到测量头中由线圈和电位器组成的电感桥路上。工件的微小位移经电感式传感器的测头带动两线圈内衔铁移动，使两线圈内的电感量发生相对的
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变化。当衔铁处于两线圈的中间位置时，两线圈的电感量相等，电桥平衡。当测头带动衔铁上下移动时，若上线圈的电感量增加，下线圈的电感量则减少；若上线圈的电感量减少，下线圈的电感量则增加。交流阻抗相应地变化，电桥失去平衡从而输出了一个幅值与位移成正比，频率与振荡器频率相同，相位与位移方向相对应的调制信号。此信号经放大，由相敏检波器鉴出极性，得到一个与衔铁位移相对应的直流电压信号，经A/D转换器输入到单片机，经过数据处理进行显示、传输、超差报警、统计分析等。
二、电感测头的结构
图示是轴向式电感测头的结构图。测头10 用螺钉拧在测杆8 上,测杆8 可在钢球导轨7 上作轴向移动。测杆上端固定着衔铁3 。线圈4 放在圆筒形磁心2 中,两线圈差动使用,当衔铁过零点上移时,上线圈电感量增加,下线圈电感量减少。两线圈输出由引线1 接至测量电路。测量时,测头10 与被测物体接触,当被测物体有微小位移时,测头通过测杆8 带动衔铁3 在电感线圈4 中移动,使线圈电感值变化,通过引线接入测量电路。弹簧5 产生的力,保证测头与被测物体有效地接触。防转销6 限制测杆转动,密封套9 防止灰尘进入传感器内部。
电感测头结构图
三、差动变压器应用
位移测量是差动变压器最主要的用途。凡是能够变换成位移的物理量都可以用差动变压
器测量。注意，一般用差动变压器测量都是接触式的，在某些场合会影响被测对象的状态（例如振动等），即所谓“负载效应”，这时须选用其他形式的传感器，例如电涡流传感器。
◆ 它可以作为不少精密量仪的主要部件，如制成高精度电感比较仪，配上相应的测量装置，能对零件进行多种精密测量：长度、内径、外径、不平行度、不平面度、不垂直度、振摆、偏心、和椭圆度等。
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