②分辨力高 机械位移:0.1μm,甚至更小;角位移:0.1角秒 输出信号强,电压灵敏度可达数百mV/mm ③重复性好,线性度优良 在几十μm到数百mm的位移范围内,输出特性的线性度较好, 且比较稳定 不足:存在交流零位信号,不宜于高频动态测量。 1、差动变压器 1)结构原理与等效电路 分气隙型和差动变压器两种。目前多采用螺管型差动变压 器 其基本元件有衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈框架等。 初级线圈作为差动变压器激励用,相当于变压器的原边,而次 级线圈由结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接而成,相当 于变压器的副边。螺管形差动变压器根据初、次级排列不同有 二节式、三节式、四节式和五节式等形式。 2)误差因素分析 (A)激励电压幅值与频率的影响 激励电源电压幅值的波动,会使线圈激励磁场的磁通发生 变化,直接影响输出电势。而频率的波动,只要适当地选择频 率,其影响不大。 (B)温度变化的影响 周围环境温度的变化,引起线圈及导磁体磁导率的变化 从而使线圈磁场发生变化产生温度漂移。当线圈品质因数较低 时,影响更为严重,因此,采用恒流源激励比恒压源激励有利 适当提高线圈品质因数并采用差动电桥可以减少温度的影响 (C)零点残余电压 当差动变压器的衔铁处于中间位置时,理想条件下其输出 电压为零。但实际上,当使用桥式电路时,在零点仍有一个微 小的电压值(从零点几mV到数十mV)存在,称为零点残余电 压。如图是扩大了的零点残余电压的输出特性。零点残余电压 的存在造成零点附近的不灵敏区;零点残余电压输入放大器内 会使放大器末级趋向饱和,影响电路正常工作等。 零点残余电压产生原因: ①基波分量。由于差动变压器两个次级绕组不可能完全一致, 因此它的等效电路参数(互感M、自感L及损耗电阻R)不可 能相同,从而使两个次级绕组的感应电势数值不等。又因初级 线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀,线圈匝间 电容的存在等因素,使激励电流与所产生的磁通相位不同。 ②高次谐波。高次谐波分量主要由导磁材料磁化曲线的非线性 引起。由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响,使得激励电流与磁通 波形不一致产生了非正弦(主要是三次谐波)磁通,从而在次级 绕组感应出非正弦电势。另外,激励电流波形失真,因其内含
②分辨力高 机械位移：0.1μm，甚至更小；角位移：0.1 角秒。 输出信号强，电压灵敏度可达数百 mV/mm 。 ③重复性好，线性度优良 在几十μm 到数百 mm 的位移范围内，输出特性的线性度较好， 且比较稳定。 不足：存在交流零位信号，不宜于高频动态测量。 1、 差动变压器 1）结构原理与等效电路 分气隙型和差动变压器两种。目前多采用螺管型差动变压 器。 其基本元件有衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈框架等。 初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，而次 级线圈由结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接而成，相当 于变压器的副边。螺管形差动变压器根据初、次级排列不同有 二节式、三节式、四节式和五节式等形式。 2）误差因素分析 （A）激励电压幅值与频率的影响 激励电源电压幅值的波动，会使线圈激励磁场的磁通发生 变化，直接影响输出电势。而频率的波动，只要适当地选择频 率，其影响不大。 （B）温度变化的影响 周围环境温度的变化，引起线圈及导磁体磁导率的变化， 从而使线圈磁场发生变化产生温度漂移。当线圈品质因数较低 时，影响更为严重，因此，采用恒流源激励比恒压源激励有利。 适当提高线圈品质因数并采用差动电桥可以减少温度的影响。 （C）零点残余电压 当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出 电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微 小的电压值(从零点几 mV 到数十 mV)存在，称为零点残余电 压。如图是扩大了的零点残余电压的输出特性。零点残余电压 的存在造成零点附近的不灵敏区；零点残余电压输入放大器内 会使放大器末级趋向饱和，影响电路正常工作等。 零点残余电压产生原因： ①基波分量。由于差动变压器两个次级绕组不可能完全一致， 因此它的等效电路参数（互感 M、自感 L 及损耗电阻 R）不可 能相同，从而使两个次级绕组的感应电势数值不等。又因初级 线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，线圈匝间 电容的存在等因素，使激励电流与所产生的磁通相位不同。 ②高次谐波。高次谐波分量主要由导磁材料磁化曲线的非线性 引起。由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使得激励电流与磁通 波形不一致产生了非正弦(主要是三次谐波)磁通，从而在次级 绕组感应出非正弦电势。另外，激励电流波形失真，因其内含
高次谐波分量,这样也将导致零点残余电压中有高次谐波成 分。 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 ②选用合适的测量线路 ③采用补偿线路 3)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,这两个电路是构成差动变压器的主要测量电路。 2、电涡流式传感器 当导体置于交变磁场或在磁场中运动时,导体上引起感生 电流ie,此电流在导体内闭合,称为涡流。涡流大小与导体电 阻率ρ、磁导率μ以及产生交变磁场的线圈与被测体之间距离 x,线圈激励电流的频率∫有关。显然磁场变化频率愈髙,涡流 的集肤效应愈显著。即涡流穿透深度愈小,其穿透深度h可表 P一导体电阻率(9cm) ur—导体相对磁导率 ∫交变磁场频率(Hz)。 可见,涡流穿透深度h和激励电流频率∫有关,所以涡流 传感器根据激励频率:高频反射式或低频透射式两类。目前高 频反射式电涡流传感器应用广泛。 传感器线圈由高频信号激励,使它产生一个高频交变磁场φi 当被测导体靠近线圈时,在磁场作用范围的导体表层,产生了 与此磁场相交链的电涡流ie,而此电涡流又将产生一交变磁场 φe阻碍外磁场的变化。从能量角度来看,在被测导体内存在 着电涡流损耗(当频率较髙时,忽略磁损耗)。能量损耗使传 感器的Q值和等效阻抗Z降低,因此当被测体与传感器间的距 离d改变时,传感器的Q值和等效阻抗Z、电感L均发生变化, 于是把位移量转换成电量。这便是电涡流传感器的基本原理。 3、电涡流传感器位移特性实验 目的:了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性 需用器件与单元:电涡流传感器、直线位移执行器,被测导 体,测微头,数显电压表 注意事项: 1)涡流效应的强弱除了和被测导体与线圈的距离有关 外,还和被测导体的材料有很大关系。这里被测导 体的材料是45号钢。 2)受被测导体材料的影响,每只电涡流传感器都 有特定的位移特性 3)电涡流传感器是非接触式测量,存在线性起始安装
高次谐波分量，这样也将导致零点残余电压中有高次谐波成 分。 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 ② 选用合适的测量线路 ③ 采用补偿线路 3）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，这两个电路是构成差动变压器的主要测量电路。 2、 电涡流式传感器 当导体置于交变磁场或在磁场中运动时，导体上引起感生 电流 ie，此电流在导体内闭合，称为涡流。涡流大小与导体电 阻率ρ、磁导率μ以及产生交变磁场的线圈与被测体之间距离 x，线圈激励电流的频率 f 有关。显然磁场变化频率愈高，涡流 的集肤效应愈显著。即涡流穿透深度愈小，其穿透深度 h 可表 示。 ρ—导体电阻率(Ω·cm)； μr—导体相对磁导率； f—交变磁场频率(Hz)。 可见，涡流穿透深度 h 和激励电流频率 f 有关，所以涡流 传感器根据激励频率：高频反射式或低频透射式两类。目前高 频反射式电涡流传感器应用广泛。 传感器线圈由高频信号激励，使它产生一个高频交变磁场φi， 当被测导体靠近线圈时，在磁场作用范围的导体表层，产生了 与此磁场相交链的电涡流 ie，而此电涡流又将产生一交变磁场 φe 阻碍外磁场的变化。从能量角度来看，在被测导体内存在 着电涡流损耗（当频率较高时，忽略磁损耗）。能量损耗使传 感器的 Q 值和等效阻抗 Z 降低，因此当被测体与传感器间的距 离 d 改变时，传感器的 Q 值和等效阻抗 Z、电感 L 均发生变化， 于是把位移量转换成电量。这便是电涡流传感器的基本原理。 3、电涡流传感器位移特性实验 目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。 需用器件与单元： 电涡流传感器、直线位移执行器，被测导 体，测微头，数显电压表。 注意事项： 1）涡流效应的强弱除了和被测导体与线圈的距离有关 外，还和被测导体的材料有很大关系。这里被测导 体的材料是 45 号钢。 2）受被测导体材料的影响，每只电涡流传感器都 有特定的位移特性。 3）电涡流传感器是非接触式测量,存在线性起始安装