電感變大，電流減小。

1、1,本章介紹電感傳感器的類型、基本原理、特性和應(yīng)用。電感傳感器可以用于測(cè)量微小的位移以及與位移有關(guān)的工件尺寸、壓力等參數(shù)。電感傳感器種類很多，人們習(xí)慣上講的電感傳感器通常是指自感傳感器。而互感量傳感器是利用了變壓器原理，又往往做成差動(dòng)式，故常稱為差動(dòng)變壓器。電感傳感器屬于接觸式測(cè)量，需要較大的驅(qū)動(dòng)力。它的最大特點(diǎn)是分辨力高，可達(dá)0.1μm。,第三章 電感傳感器,第一節(jié) 自感傳感器,電感傳感器種類很多，可分為自感式和互感量式

2、兩大類。人們習(xí)慣上講電感傳感器通常是指自感傳感器。,3,為了觀察鐵心氣隙與電感的關(guān)系，我們先來(lái)做一個(gè)實(shí)驗(yàn)。將一只380V交流接觸器線圈與交流毫安表串聯(lián)后，接到機(jī)床用控制變壓器的36V交流電壓源上，如圖3-1所示。這時(shí)毫安表的示值約為幾十毫安。用手慢慢將接觸器的活動(dòng)鐵心（稱為銜鐵）往下按，將會(huì)發(fā)現(xiàn)毫安表的讀數(shù)逐漸減小。當(dāng)銜鐵與固定鐵心之間的氣隙等于零時(shí)，毫安表的讀數(shù)只剩下十幾毫安。,小 實(shí) 驗(yàn),電感傳感器的基本工作原理演示,F,,,,,2

3、20V,準(zhǔn)備工作,電感傳感器的基本工作原理演示,氣隙變小，電感變大，電流變小,F,,6,由電工知識(shí)可知，當(dāng)鐵心的氣隙較大時(shí)，磁路的磁阻Rm較大，線圈的電感量L和感抗XL就較小，所以電流I較大。 當(dāng)鐵心閉合時(shí)，磁阻變小、電感變大，電流減小。我們可以利用上述實(shí)驗(yàn)中自感量隨氣隙而改變的原理來(lái)制作測(cè)量位移的自感傳感器 。,回顧與總結(jié),,自感式電感傳感器常見(jiàn)的形式,變隙式 變截面式 螺線管式,1－線圈 2－

4、鐵心 3－銜鐵 4－測(cè)桿 5－導(dǎo)軌 6－工件 7－轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸,電感傳感器的銜鐵較重，響應(yīng)較慢，不宜用于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。,小 貼 士,單線圈螺線管式電感傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3-2c所示。主要元件是一只螺線管和一根柱形銜鐵。傳感器工作時(shí)，銜鐵在線圈中伸入長(zhǎng)度的變化將引起螺線管電感量的變化。電感量L在幾毫米的范圍內(nèi)與銜鐵插入深度l1大致成正比。測(cè)量范圍越大，分辨力越低。,最常用的電感傳感器——螺線管式電感傳感器,9,在模擬電子學(xué)中，采用兩

5、個(gè)參數(shù)完全相同的三極管組成差動(dòng)放大電路，可以克服溫漂以及電源不穩(wěn)定等外界因數(shù)引起的輸出電壓漂移。,回顧一下,上述3種電感傳感器使用時(shí)，由于線圈中通有交流勵(lì)磁電流，因而銜鐵始終承受電磁吸力，會(huì)引起振動(dòng)。溫度升高時(shí)，線圈的尺寸增大，電感量隨之增大，將引起測(cè)量誤差。在實(shí)際使用中常采用差動(dòng)形式，兩個(gè)完全相同的線圈共用一根活動(dòng)銜鐵，構(gòu)成差動(dòng)式電感傳感器，既可以提高傳感器的靈敏度，又可以減小測(cè)量誤差。差動(dòng)式電感傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。,當(dāng)銜鐵

6、偏離中間位置時(shí)，兩個(gè)線圈的電感量一個(gè)增加，一個(gè)減小，形成差動(dòng)形式。,差動(dòng)電感傳感器的特點(diǎn),,,1-差動(dòng)線圈 2-鐵心 3-銜鐵 4-測(cè)桿 5-工件,差動(dòng)式電感傳感器對(duì)外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁吸力也較小，從而減小了測(cè)量誤差。,差動(dòng)電感傳感器的特性,曲線1、2為L(zhǎng)1、L2 的特性，3為差動(dòng)特性,,,請(qǐng)分析： 從曲線圖可以看出，與非差動(dòng)電感傳感器相比較，差動(dòng)式電感傳感器的靈敏

7、度、線性度有何變化？,12,測(cè)量轉(zhuǎn)換電路,測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的作用是將電感量的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，以便用儀表指示出來(lái)。但若僅采用電橋電路和普通的檢波電路，則只能判別位移的大小，卻無(wú)法判別輸出的相位和位移的方向。,如果在輸出電壓送到指示儀前，經(jīng)過(guò)一個(gè)能判別相位的檢波電路，則不但可以反映幅值（位移的大?。€可以反映輸出電壓的相位（位移的方向）。這種檢波電路稱為相敏檢波電路。,普通的全波整流電路及波形電路,只能得到單一方向的直流電，不能反

8、映輸入信號(hào)的相位。,相敏檢波輸出特性曲線,a）非相敏檢波 b）相敏檢波1—理想特性曲線 2—實(shí)際特性曲線,實(shí)測(cè)得到的 相敏檢波電路的特性曲線,通過(guò)調(diào)零電路，可使輸出曲線平移到原點(diǎn)。,標(biāo)定位移時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線,,,第二節(jié) 差動(dòng)變壓器傳感器,,＋,復(fù)習(xí)電工知識(shí)： 全波整流電路中用到的“單相變壓器”有一個(gè)一次線圈，有兩個(gè)二次線圈。 當(dāng)一次線圈加上交流激磁電壓Ui后，將在二次線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓UO。在全波

9、整流電路中，兩個(gè)二次線圈串聯(lián)，總電壓等于兩個(gè)二次線圈的電壓之和。,普通的全波整流電路及波形電路,只能得到單一方向的直流電，不能反映輸入信號(hào)的相位。,請(qǐng)將單相變壓器的二次線圈N21、N22的有關(guān)端點(diǎn)按全波整流電路的要求正確地連接起來(lái)。,,請(qǐng)將單相變壓器的二次線圈N21、N22的有關(guān)端點(diǎn)按全波整流電路的要求正確地連接起來(lái)。,,,,,Uo,10V,10V,=20V,差動(dòng)變壓器的工作原理,差動(dòng)變壓器是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為一次線圈與二次線圈間的互感

10、量M的變化的裝置。由于兩個(gè)二次線圈采用差動(dòng)接法，故稱為差動(dòng)變壓器。目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式是螺線管式差動(dòng)變壓器。,在差動(dòng)變壓器的線框上繞有一組輸入線圈（稱一次線圈）；在同一線框的上端和下端再繞制兩組完全對(duì)稱的線圈（稱二次線圈），它們反向串聯(lián)，組成差動(dòng)輸出形式。圖中標(biāo)有黑點(diǎn)的一端稱為同名端，通俗的說(shuō)法是指線圈的“頭”。,差動(dòng)變壓器式傳感器的等效電路及接線,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 兩個(gè)二次線圈反向串聯(lián)，組成差動(dòng)輸出形式。,請(qǐng)將二次線圈N

11、21、N22的有關(guān)端點(diǎn)正確地連接起來(lái)，并指出哪兩個(gè)為輸出端點(diǎn)。,,uo= u21-u22,,,靈敏度與線性度,差動(dòng)變壓器的靈敏度一般可達(dá)0.5~5V/mm，行程越小，靈敏度越高。 為了提高靈敏度，勵(lì)磁電壓在10V左右為宜。電源頻率以1~10kHz為好。 差動(dòng)變壓器線性范圍約為線圈骨架長(zhǎng)度的1/10左右。,例：欲測(cè)量Φ120mm?2mm軸的直徑誤差，應(yīng)選擇線圈骨架長(zhǎng)度為多少的差動(dòng)變壓器（或電

12、感傳感器）為宜 ？,答：線圈骨架長(zhǎng)度約為被測(cè)變化量的10倍左右，選2mm×2=40mm。,測(cè)量電路 （以差動(dòng)整流為例）,Ｃ1、Ｃ2虛焊，Ua o、 Ub o將變成什么波形？,圖中的R P起什么作用？,測(cè)量電路 （以差動(dòng)整流為例）,Ｃ1、Ｃ2虛焊，Ua o、 Ub o將變成什么波形？,圖中的R P起什么作用？,第三節(jié) 電感式傳感器的應(yīng)用,一、位移測(cè)量,軸向式電感測(cè)微器的外形,航空插頭,紅寶石測(cè)頭,,,其他電感測(cè)微頭,模擬式及數(shù)

13、字式電感測(cè)微儀,軸向式電感測(cè)微器的內(nèi)部結(jié)構(gòu),1—引線電纜 2—固定磁筒 3—銜鐵 4—線圈 5—測(cè)力彈簧 6—防轉(zhuǎn)銷 7—鋼球?qū)к墸ㄖ本€軸承） 8—測(cè)桿 9—密封套 10—測(cè)端 11—被測(cè)工件 12—基準(zhǔn)面,電感式滾柱直徑分選裝置,滾柱直徑分選裝置圖 1—?dú)飧?2—活塞 3—推桿 4—被測(cè)滾柱 5—落料管 6—電感測(cè)微器 7—鎢鋼測(cè)頭

14、 8—限位擋板 9—電磁翻板 10—容器（料斗）,,,電感式滾柱直徑分選裝置,測(cè)微儀,圓柱滾子,,,,,電感式滾柱直徑分選裝置（外形）,滑道,,,分選倉(cāng)位,軸承滾子外形,（參考中原量?jī)x股份有限公司資料）,電感式滾柱直徑分選裝置外形,落料振動(dòng)臺(tái),,滑道,,11個(gè)分選倉(cāng)位,,（參考無(wú)錫市通達(dá)滾子有限公司資料）,廢料倉(cāng),,電感式滾柱直徑分選裝置（機(jī)械結(jié)構(gòu)放大）,汽缸,控制鍵盤,直徑測(cè)微裝置,長(zhǎng)度測(cè)微裝置,滑道,,,,,,機(jī)械及氣動(dòng)元

15、件,電感測(cè)微器,汽缸,氣水分離器（供氣三聯(lián)件）,儲(chǔ)氣罐,導(dǎo)氣管,氣壓表（0.4MPa左右）,,,,,,,電感式滾柱直徑分選界面,分選結(jié)果基本符合 正態(tài)分布,,差動(dòng)變壓器式厚度測(cè)量原理,電感式不圓度計(jì)原理,該圓度計(jì)采用旁向式電感測(cè)微頭,電感式不圓度測(cè)試系統(tǒng),旁向式電感測(cè)微頭,,電感式不圓度測(cè)量系統(tǒng)外形（參考洛陽(yáng)匯智測(cè)控技術(shù)有限公司資料）,旋轉(zhuǎn)盤,,,測(cè)量頭,不圓度測(cè)量打印,電感式輪廓儀,旁向式電感 測(cè)微頭,,壓力測(cè)量,1—

16、壓力輸入接頭 2—波紋膜盒 3—電纜 4—印制線路板 5—差動(dòng)線圈 6—銜鐵 7—電源變壓器 8—罩殼 9—指示燈 10—密封隔板 11—安裝底座,壓力測(cè)量,1—壓力輸入接頭 2—波紋膜盒 3—電纜 4—印制線路板 5—差動(dòng)線圈 6—銜鐵 7—電源變壓器 8—罩殼 9—指示燈 10—密封隔板

17、 11—安裝底座,一次儀表與 4~20mA二線制輸出方式,壓力變送器已經(jīng)將傳感器與信號(hào)處理電路組合在一個(gè)殼體中，這在工業(yè)中被稱為一次儀表。 一次儀表的輸出信號(hào)可以是電壓，也可以是電流。由于電流信號(hào)不易受干擾，且便于遠(yuǎn)距離傳輸（可以不考慮線路壓降），所以在一次儀表中多采用電流輸出型。,4~20mA二線制輸出方式,新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電流輸出為4～20mA；電壓輸出為1～5V(舊國(guó)標(biāo)為0～10mA或0`2V)。

18、4mA對(duì)應(yīng)于零輸入，20mA對(duì)應(yīng)于滿度輸入。,不讓信號(hào)占有0～4mA這一范圍的原因，一方面是有利于判斷線路故障（開(kāi)路）或儀表故障；另一方面，這類一次儀表內(nèi)部均采用微電流集成電路，總的耗電還不到4mA，因此還能利用0～4mA這一部分“本底”電流”為一次儀表的內(nèi)部電路提供工作電流，使一次儀表成為兩線制儀表。,4~20mA二線制輸出方式,所謂二線制儀表是指儀表與外界的聯(lián)系只需兩根導(dǎo)線。多數(shù)情況下，其中一根（紅色）為+24V電源線，另一根（黑色

19、）既作為電源負(fù)極引線，又作為信號(hào)傳輸線。在信號(hào)傳輸線的末端通過(guò)一只標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻（也稱取樣電阻）接地（也就是電源負(fù)極），將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。,4~20mA二線制儀表接線方法,（4~20mA）,4~20mA二線制數(shù)顯表外形及計(jì)算,在上一張圖中，若取樣電阻RL =500.0?，則對(duì)應(yīng)于4~20mA的輸出電流，輸出電壓Uo為多少？,什么是“一次儀表”,將傳感器與信號(hào)處理電路組合在一個(gè)殼體中，并安裝在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，在工業(yè)中經(jīng)常被稱為一次儀表。

20、一次儀表的輸出：輸出信號(hào)可以是電壓，也可以是電流。由于電流信號(hào)不易受干擾，且便于遠(yuǎn)距離傳輸（可以不考慮線路壓降），所以在一次儀表中多采用電流輸出型。舊標(biāo)準(zhǔn)：0～10mA或0～2V。新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電流輸出為4～20mA；電壓輸出為1～5V。4mA對(duì)應(yīng)于零輸入，20mA對(duì)應(yīng)于滿度輸入。,如何將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào),在信號(hào)傳輸線的末端通過(guò)一只標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻（也稱取樣電阻）接地（也就是電源負(fù)極），將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。取樣電阻的計(jì)算