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电感式传感器的零位误差问题
发布时间: 2021-05-06
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电感式传感器当衔铁位于中间位置时,电桥输出理论上应为零,但实际上总存在零位不平衡电压输出(零位电压),造成零位误差,如图3.13(a)所示。过大的零位电压会使放大器提前饱和,若传感器输出作为伺服系统的控制信号,零位电压还会使伺服电机发热,甚至产生零位误动作。零位电压的组成十分复杂,如图3.13(b)所示。它包含有基波和高次谐波。


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产生基波分量的主要原因是电感式传感器两线圈的电气参数和几何尺寸的不对称,以及构成电桥另外两臂的电气参数不一致。由于基波同相分量可以通过调整街铁的位置(偏离机械零位)来消除,通常注重的是基波正交分量。


造成高次谐波分量的主要原因是磁性材料磁化曲线的非线性,同时由于磁滞损耗和两线圈磁路的不对称,造成两线圈中某些高次谐波成分不一样,不能对消,于是产生了零位电压的高次谐波。此外,激励信号中包含的高次谐波及外界电磁场的干扰,也会产生高次谐波。


我们应合理选择磁性材料与激励电流,使电感式传感器工作在磁化曲线的线性区。减少激励电流的谐波成分与利用外壳进行电磁屏蔽也能有效地诚小高次谐波。


一种常用的方法是采用补偿电路,其原理为:


(1)串联电阻消除基波零位电压;


(2)并联电阻消除高次谐波零位电压;


(3)加并联电容消除基波正交分量或高次谐波分量。


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图3.14(a )示出了,上述原理的典型接法。图中R用来减小基波正交分量,作用是使线圈的有效电阻值趋于相等,大小约为0. 1~0.50,可用康铜丝绕制。Rb用来减小二、三次谐波,其作用是对某-线圈(接于A、B间或B、C间)进行分流,以改变磁化曲线的工作点,阻值通常为几百~几十kQ。电容C用来补偿变压器次级线圈的不对称,其值通常为100~500PF。有时为了制造与调节方便,可在C、D间加接-电位器R,利用R与Ra的差值对基波正交分量进行补偿。图(b)示出了一种传感器的实际补偿电路。


另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。如前述的相敏检波电路,它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量,减小奇次谐波分量,使电感式传感器零位电压减至非常小。


此外还可采用磁路调节机构(如可调端盖)保证磁路的对称性,来减小零位电压。


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