感测技术--ch5-2

U 2(11/ Q2 )
L L
2. 谐振式测量电路 定频调幅电路
在调幅电路中, 传感器电感L与电容C, 变压
器原边串联在一起, 接入交流电源, 变压器副边
U0
输出, 输出电压的频率与电源频率
相同, 而幅值 随着电感L而变化, 图 （b）所示为
输出电压 U 0
L的关系曲线, 其中L0为谐
振点的电感值,串联谐振时，LC输出阻抗最小，
一个初级线 圈加交流激励， 两个二次线圈 对称差动连接。 被测量带动衔 铁上下移动。 它由初级线圈, 两个次级线圈 和插入线圈中 央的圆柱形铁 芯等组成。
转换电路和传感器的灵敏度
传感器实现了把被测量转变为自感和互 感量的变化，如何将电感值随外作用的变化 转换成可用的电信号？原则上讲可将互感的 变化转换成电压（电流）的幅值、频率、相 位的变化，他们分别称为调幅、调频、调相 电路。
第二部分 电感式传感器
电感式传感器
利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、 流量、 振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化, 再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出, 这 种装置称为电感式传感器。
电感式传感器有自感式、互感式和电涡流式三种 本节主要介绍互感式电感式传感器。
电感式传感器能实现信息的远距离传输、记录、 显示和控制, 在工业自动控制系统中被广泛采用。
U 0 =0,
当传感器衔铁上移时, 即Z1=Z+ΔZ, Z2=Z-ΔZ, 此时
U0
U
Z
U
L
2Z 2L
当传感器衔铁下移时, 则Z1=Z-ΔZ, Z2=Z+ΔZ
U0
U
Z
U
L
2Z 2L
从以上两式可知, 衔铁上下移动相同距离时, 输出电压的大小相 等, 但方向相反, 由于U0 是交流电压, 输出指示无法判断位移方 向, 必须配合相敏检波电路来解决。
一、互感式传感器（差动变压器式传感器）工作原理
把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感 器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基 本原理制成的, 并且次级绕组都用差动形式连接, 故称 差动变压器式传感器。
差动变压器结构形式较多, 有变隙式、 变面积式 和螺线管式等, 但其工作原理基本一样。非电量测量中, 应用最多的是螺线管式差动变压器, 它可以测量1～ 100mm范围内的机械位移, 并具有测量精度高, 灵敏度 高, 结构简单, 性能可靠等优点。
传感器线圈的阻抗变化 Z 为损耗电阻变化 R及感抗变
化 L 两部分。
因为
Z R j
取全微分 Z Z R Z L R L
代入
U0

U
Z
2Z
忽略 R / R
则
U ( L)2 L U0 2 R2 ( L)2 L
若设计成 L / L R / R
则
U0
U 2
( L)2 R2 ( L)2
L L
差动变压器的三种转换电路
1. 变压器式交流电桥
变压器式交流电桥测量电路
如图所示, 电桥两臂Z1、 Z2 为传感器线圈阻抗, 另外两桥 臂为交流变压器次级线圈的
1/2 阻抗。当负截阻抗为无穷 大时, 桥路输出电压
U0
Z1 U Z1 Z2
U 2
Z1 Z2 Z1 Z2
U 2
当传感器的衔铁处于中间位置, 即Z1= Z2=Z 电桥平衡。
输出电压最大。
谐振频率
f0
1
2
1 LC
被测量引起电感变化，回路失谐，LC阻抗增大， 变压器副边输出电压减小。
此电路灵敏度很高, 但线性差, 适用于线性要 求不高的场合。
谐振式调频电路
调频电路的基 本原理是传感 器电感L变化将 引起输出电压 频率的变化。
一般是把传感器电感L和电容C接入一个振荡回路中, 其 振荡频率f=1/［2π（LC）/2］。 当L变化时, 振荡频率随之变 化, 根据f的大小即可测出被测量的值。图 （b）表示f与L的 特性, 它具有明显的非线性关系。
f 1/ 2 LC
对 f 求导
df
1
(
1
)(LC
(
)
3 2
)
CdL
2 2
1 1 dl
4 LC L
f L 2L
调频电路只有在 f 较大的情况下才能达到较高的精度。