电感式传感器最佳工作条件

发布时间：2019-09-02 19:26

【摘要】：电感式传感器是对微小非电量的变化量进行精确测量的装置。为了减少测量结果偏移目标值的发生概率,通过筛选重要变量,解析变量之间的交互作用,采用假设检验和残差诊断评价数学模型分析影响因子在测量中的状态变化,提出建立数学模型分析测量装置的显著影响因子的方法。研究表明,"调零"、"补偿"、"位移"和"音频频率"在模型中的P0.05,是电感式传感器工作的显著影响因子,在电感式传感器通过"调零"和"补偿"使得输出零点残余电压接近于零时,电感式传感器的测量性能最佳的工作条件:位移变化范围1~6 mm,音频频率变化范围3~8.5 k Hz。
【图文】：

原理图,差动变压器

利润损失［12］，为此建立数学模型进行性能研究对整个测量系统的运行特性分析至关重要。本文建立了电感式传感器工作的数学模型，筛选重要变量，分析各种影响因子在测量中的状态变化，找出电感式传感器工作的最佳条件，降低测量结果偏移目标值的发生概率。1建立电感式传感器数学模型1．1电感式传感器测量系统电感式传感器是建立在电磁场理论基础上，利用被测量磁路、磁阻变化引起传感器线圈自感或者互感系数的变化，从而导致线圈电感量变化来实现非电量的电测量［1］。电感式传感器原理及输出特性如图1所示。当交流电流过初级线圈时，线圈产生交变磁场，该磁场通过衔铁铁芯并指向铁芯的另一端，成为差动变压器激励端;当磁性物体接近激励端，就会造成电感耦合，在次级回路产生感应电流，从而产生互感系数M12［1］。差动变压器是建立在互感基础上的开磁路工作，互感型电感传感器是利用互感M12的变化来反映被测量的变化。这种传感器实质上是一个输出电压可变的变压器。(a)原理图(b)输出特性图图1差动变压器线圈包括一个初级线圈和2个反接的次级线圈，当初级线圈输入交流激励信号时，次级线圈将产生2个感应电动势e21和e22。由于2个次级线圈极性反接，因此，传感器的输出电压为两感应电动势之差，，如下所示［2］:e2=e22－e21=－jωM1I1－－jωM2(I)1=－jωM1(－M)2I1(1)其中，2个次线圈等效参数完全对称，则衔铁处于中间位置时，M1=M2，输出电压U·0=0;当衔铁偏离中间位置时，M1≠M2，变压器处于差动工作状态，M1和M2分别增加或者减少，互感ΔM在一定范围内与衔铁轴向的位移成正比，则在开磁路状态下，其输出

电感式传感器,工作原理图,零点残余电压

［13］，理想状况的测量电路输出为零。电感式传感器输出的电压是交流量，交流电压输出存在一定的零点残余电压，零点残余电压是由于2个次级线圈的结构不对称，以及初级线圈铜损电阻、铁磁材质不均匀、线圈间分布电容等原因所形成的。所以实际中的差动变压器即使活动衔铁位于中间位置时，输出也不为零，而只能达到最小电压，这个最小电压就是零点残余电压。零点输出电压的存在使得传感器输出特性在零位附近不灵敏、分辨率变差、引起非线性误差。因而零点输出电压的大小是评定器件性能优劣的重要指标［2］。图2电感式传感器工作原理图在传感器实验中，电感式传感器被连接成为电桥电路，经过电桥平衡补偿零点残余电压，然后把差动放大器增益调到最大，对放大器调零，再次调节电桥电33
【作者单位】：浙江大学电气工程学院;
【分类号】：TP212

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