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1、第四章 电感式传感器,第一节 自感式电感传感器,电感式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成线圈电感量（自感或互感）的变化，再经过转换电路变成电信号输出。,先看一个实验：,将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的36V交流电压源上，如图4-1所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。,1.变间隙型： 2.变面积型 3.螺线管型 4.差动型,电感传感器的基本工作原理演示,F,220V,准备工作,电感传感器的基本工作原理演示,气隙变小
2、，电感变大，电流变小,F,（二）变面积型电感传感器,仍有：,两种传感器的特性曲线,特点：灵敏稍差、线性较好、量程大。,电感传感器的输出特性 a）变隙式电感传感器的-L特性曲线 b）变面积式电感传感器的A-L特性曲线 1实际输出特性 2理想输出特性,（三）螺管型电感式传感器,线圈,衔铁,总长,线圈半径,插入长度,衔铁半径,特点：灵敏稍差、线性好、量程大、易批量生产，应用广泛。,有效磁导率,（四）差动式电感传感器,结构要求：两个线圈几何尺寸完全相同 铁心安装完全对称。 特点：提高灵敏度、改善线性度、可以补偿温度变化、电源频率变化的影响。,+L,-L,螺线管型,变间隙型,变面积型,+L,-L,+L,
3、-L,二、自感式电感传感器的测量电路-交流电桥 （一）电阻平衡臂电桥,考虑：,输出对称电桥，单臂测量时：,双臂差动测量时：,可见：输出电压与电感的相对变化量呈近似正比关系。,（二）变压器式电桥,+Z,-Z,当衔铁上移，使 Z1=Z+Z，Z2=Z-Z时，,反之：,由于是交流电，所以要经过适当电路 才能判断衔铁位移的大小和方向,* 一种带有相敏整流的交流电桥,电压表读数大小反映衔铁的位移；电压表极性反映移动方向。,衔铁在中间位置时,无论正负半周，C、D两点等电位，电桥平衡，输出UCD=0V。,当衔铁上移，D点将比C点电位高，认为电压表正偏。,+L,-L,降低,升高,当衔铁上移，负半周D也比C点电位
4、高，电压表仍正偏。：,结论：无论正负半周，只要衔铁上移，电压表头就正转。 位移越多，指针偏转越大。 同理：无论正负半周，只要衔铁下移，电压表头就反转。 位移越多，指针偏转越大。,（三）紧耦合电感臂电桥,该电路理论分析略。,可以消除与电感臂并联的 分布电容对输出信号的影响,第二节 差动变压器,一、工作原理,当铁心位于正中，,当铁心左移，E2增大,当铁心右移，E2减小,因两个副边反向串联,一次绕组 原边,二次绕组 -副边1,二次绕组 -副边2,铁心,E2的计算：,差动变压器的输出特性曲线：,差动变压器运行中存在的问题： 零点残余电动势 主要是由传感器的两个二次绕组的电气参数和几何尺寸不对称，以及磁
5、性材料的非线性等引起的。,减小零点残余电动势的方法： 1.从制造工艺上减小残余电动势。 2.选择利于消除残余电动势的测量电路，如相敏整流电路 3.采用补偿电路,调整元件参数,消除残余电动势。,减小残余电动势的 补偿电路,二、差动变压器的测量电路,（一）差动相敏检波电路,当铁心位于正中时，电路对称，输出交流，平均为0。,（二）差动整流电路,e-e,三、电感式传感器的应用,（一）位移测量,轴向式电感测微器的外形,航空插头,红宝石测头,电感测微仪的 轴向测试头,其他电感测微头,模拟式及数字式电感测微仪,（二）力和压力测量,差动变压器,差动变压器,压力测量用的膜盒,膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹
6、膜片是一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两侧面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此能够将压力变换为直线位移。,（三）振动和加速度测量,（四）液位测量,衔铁,差动 变压器,弹簧,壳体,差动变压器,液位变化，引起沉筒所受浮力的变化，进而引起衔铁的位移,弹簧受力变形，与其连接的衔铁的位移反映了振动的幅度、频率以及加速度的大小,五、电感式滚柱直径分选装置,1气缸 2活塞 3推杆 4被测滚柱 5落料管 6电感测微器 7钨钢测头 8限位挡板 9电磁翻板 10容器（料斗）,电感式滚柱直径分选装置,测微仪,圆柱滚子,电感式滚柱直径分选装置（外形）,滑道,分选仓位,轴承滚子外形,（参考中原量仪股份
7、有限公司资料）,电感式滚柱直径分选装置外形,落料振动台,滑道,11个分选仓位,（参考无锡市通达滚子有限公司资料）,废料仓,电感式滚柱直径分选装置（机械结构放大）,汽缸,控制键盘,直径测微装置,长度测微装置,滑道,六、电感传感器在仿形机床中的应用,1标准靠模样板 2测端（靠模轮） 3电感测微器 4铣刀龙门框架 5立柱 6伺服电动机 7铣刀 8毛坯,电感测微器,仿形铣床外形,仿形机床采用 闭环工作方式,仿形头,主轴,七、电感式不圆度计原理,该圆度计采用旁向式电感测微头,电感式不圆度测试系统,旁向式电感测微头,电感式不圆度测量系统外形（参考洛阳汇智测控技术有限公司资料）,旋转盘,测量头,不圆度测量打
8、印,电感式轮廓仪,旁向式电感 测微头,八、电感传感器在粗糙度测量中的应用 手持式粗糙度仪,触针: 金刚石圆锥；针尖圆弧半径：5m；可存储500个粗糙度参数值及4组轮廓数据；可进行粗糙度参数的打印；可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复杂表面进行测试；,金刚石测头,粗糙度测量结果打印（1）,粗糙度测量结果打印（2）,第三节电涡流式传感器,利用涡流效应原理制造的传感器。当通过金属体的磁通发生变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这种物理现象称为涡流效应。,当电涡流线圈与金属板的距离x 减小时，
9、电涡流线圈的等效电感L 减小，等效电阻R 增大。感抗XL 的变化比 R 的变化 大 得 多，流过电涡流线圈的电流 i1 增大。,电涡流的应用 在我们日常生活中经常可以遇到,干净、高效的 电磁炉,电磁炉内部的励磁线圈,电磁炉的工作原理,高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅 内 的 食 物。,二、高频反射式电涡流传感器,三、低频透射式电涡流传感器,四、测量电路,（一）电桥电路,两个差动涡流线圈,（二）谐振法测量电路,并联谐振的谐振频率：,并联谐振时的阻抗最大：,线圈电感的变化，会引起（1）振荡电路阻抗变化； （2）谐振频率变化。 因此，测量这两种
10、的任一种都可以测出电感量的变化。,（1）调幅式测量电路,（L Z变化 输出变化）,（2）调频式测量电路,（L 振荡频率变化）,传感器,分布 电容,五、电涡流式传感器的应用,（三）测量转速,被测 零件,涡流 传感器,被测 零件,涡流 传感器,设测出脉冲频率为f（Hz），被测零件齿数为N，则轴的转速为：,（转/分）,（四）测量厚度,（五）测量温度,（六）其他测量,接近开关、计数、尺寸检测等。,补充： 电涡流传感器结构及特性,电涡流探头外形,交变磁场,电涡流探头内部结构,1电涡流线圈 2探头壳体 3壳体上的位置调节螺纹 4印制线路板 5夹持螺母 6电源指示灯 7阈值指示灯 8输出屏蔽电缆线 9电缆插头,CZF-1系列传感器的性能,分析上表请得出结论： 探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？,大直径电涡流探雷器,
