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1、1,自动检测与转换技术第三版 多媒体课件 第三章 电感传感器,2,在这一章里，卡卡给大家介绍电感传感器的类型、基本原理、特性和应用。 电感传感器可以用于测量微小的位移以及与位移有关的工件尺寸、压力等参数。 电感传感器种类很多，人们习惯上讲的电感传感器通常是指自感传感器。而互感量传感器是利用了变压器原理，又往往做成差动式，故常称为差动变压器。 电感传感器属于接触式测量，需要 较大的驱动力。它的最大特点是分辨 力高，可达0.1m。,第三章 电感传感器,第一节 自感传感器,电感传感器种类很多，可分为自感式和互感量式两大类。人们习惯上讲电感传感器通常是指自感传感器。,4,为了观察铁心气隙与电感的关系，
2、我们先来做一个实验。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3-1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，将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。,小 实 验,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，电感变大，电流变小,F,7,由电工知识可知，当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm较大，线圈的电感量L和感抗XL就较小，所以电流I较大。 当铁心闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。我们可以利用上述实
3、验中自感量随气隙而改变的原理来制作测量位移的自感传感器 。,回顾与总结,自感式电感传感器常见的形式,变隙式 变截面式 螺线管式,1线圈 2铁心 3衔铁 4测杆 5导轨 6工件 7转转轴,电感传感器的衔铁较重，响应较慢，不宜用于快速动态测量。,小 贴 士,单线圈螺线管式电感传感器的结构如图3-2c所示。主要元件是一只螺线管和一根柱形衔铁。传感器工作时，衔铁在线圈中伸入长度的变化将引起螺线管电感量的变化。电感量L在几毫米的范围内与衔铁插入深度l1大致成正比。测量范围越大，分辨力越低。,最常用的电感传感器 螺线管式电感传感器,10,在模拟电子学中，采用两个参数完全相同的三极管组成差动放大电路，可以克
4、服温漂以及电源不稳定等外界因数引起的输出电压漂移。,回顾一下,上述3种电感传感器使用时，由于线圈中通有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电磁吸力，会引起振动。温度升高时，线圈的尺寸增大，电感量随之增大，将引起测量误差。 在实际使用中常采用差动形式，两个完全相同的线圈共用一根活动衔铁，构成差动式电感传感器，既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小测量误差。差动式电感传感器的结构如图3-3所示。,当衔铁偏离中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形成差动形式。,差动电感传感器的特点,1-差动线圈 2-铁心 3-衔铁 4-测杆 5-工件,差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本
5、上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。,差动电感传感器的特性,曲线1、2为L1、L2 的特性，3为差动特性,请分析： 从曲线图可以看出，与非差动电感传感器相比较，差动式电感传感器的灵敏度、线性度有何变化？,13,测量转换电路,测量转换电路的作用是将电感量的变化转换成电压或电流的变化，以便用仪表指示出来。但若仅采用电桥电路和普通的检波电路，则只能判别位移的大小，却无法判别输出的相位和位移的方向。,如果在输出电压送到指示仪前，经过一个能判别相位的检波电路，则不但可以反映幅值（位移的大小），还可以反映输出电压的相位（位移的方向）。这种检波电路称为相敏检波电路。,普通的全波整流
6、电路及波形电路,只能得到单一方向的直流电，不能反映输入信号的相位。,相敏检波输出特性曲线,a）非相敏检波 b）相敏检波 1理想特性曲线 2实际特性曲线,实测得到的 相敏检波电路的特性曲线,通过调零电路，可使输出曲线平移到原点。,标定位移时的实验数据及曲线,第二节 差动变压器传感器,复习电工知识： 全波整流电路中用到的“单相变压器”有一个一次线圈，有两个二次线圈。 当一次线圈加上交流激磁电压Ui后，将在二次线圈中产生感应电压UO。在全波整流电路中，两个二次线圈串联，总电压等于两个二次线圈的电压之和。,普通的全波整流电路及波形电路,只能得到单一方向的直流电，不能反映输入信号的相位。,请将单相变压器
7、的二次线圈N21、N22的有关端点按全波整流电路的要求正确地连接起来。,请将单相变压器的二次线圈N21、N22的有关端点按全波整流电路的要求正确地连接起来。,Uo,10V,10V,=20V,差动变压器的工作原理,差动变压器是把被测位移量转换为一次线圈与二次线圈间的互感量M的变化的装置。由于两个二次线圈采用差动接法，故称为差动变压器。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。,在差动变压器的线框上绕有一组输入线圈（称一次线圈）；在同一线框的上端和下端再绕制两组完全对称的线圈（称二次线圈），它们反向串联，组成差动输出形式。图中标有黑点的一端称为同名端，通俗的说法是指线圈的“头”。,差动变压器式
8、传感器的等效电路及接线,结构特点： 两个二次线圈反向串联，组成差动输出形式。,请将二次线圈N21、N22的有关端点正确地连接起来，并指出哪两个为输出端点。,uo= u21-u22,灵敏度与线性度,差动变压器的灵敏度一般可达0.55V/mm，行程越小，灵敏度越高。 为了提高灵敏度，励磁电压在10V左右为宜。电源频率以110kHz为好。 差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右。,例：欲测量120mm2mm轴的直径误差，应选择线圈骨架长度为多少的差动变压器（或电感传感器）为宜 ？,答：线圈骨架长度约为被测变化量的10倍左右，选2mm2=40mm。,测量电路 （以差动整流为例）,1、2虚焊，
9、Ua o、 Ub o将变成什么波形？,图中的R P起什么作用？,测量电路 （以差动整流为例）,1、2虚焊，Ua o、 Ub o将变成什么波形？,图中的R P起什么作用？,第三节 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,其他电感测微头,模拟式及数字式电感测微仪,轴向式电感测微器的内部结构,1引线电缆 2固定磁筒 3衔铁 4线圈 5测力弹簧 6防转销 7钢球导轨（直线轴承） 8测杆 9密封套 10测端 11被测工件 12基准面,电感式滚柱直径分选装置,滚柱直径分选装置图 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
10、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,机械及气动元件,电感测微器,汽缸,气水分离器 （供气三联件）,储气罐,导气管,气压表 （0.4MPa左右）,电感式滚柱直径分选界面,分选结果基本符合 正态分布,差动变压器式厚度测量原理,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
11、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,不圆度测量打印,电感式轮廓仪,旁向式电感 测微头,压力测量,1压力输入接头 2波纹膜盒 3电缆 4印制线路板 5差动线圈 6衔铁 7电源变压器 8罩壳 9指示灯 10密封隔板 11安装底座,压力测量,1压力输入接头 2波纹膜盒 3电缆 4印制线路板 5差动线圈 6衔铁 7电源变压器 8罩壳 9指示灯 10密封隔板 11安装底座,一次仪表与 420mA二线制输出方式,压力变送器已经将传感器与信号处理电路组合在一个壳体中，这在工业中被称为一次仪表。 一次仪表的输出信号可以是电压，也可
12、以是电流。由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输（可以不考虑线路压降），所以在一次仪表中多采用电流输出型。,420mA二线制输出方式,新的国家标准规定电流输出为420mA；电压输出为15V(旧国标为010mA或02V)。4mA对应于零输入，20mA对应于满度输入。,不让信号占有04mA这一范围的原因，一方面是有利于判断线路故障（开路）或仪表故障；另一方面，这类一次仪表内部均采用微电流集成电路，总的耗电还不到4mA，因此还能利用04mA这一部分“本底”电流”为一次仪表的内部电路提供工作电流，使一次仪表成为两线制仪表。,420mA二线制输出方式,所谓二线制仪表是指仪表与外界的联系只需两根导线。多
13、数情况下，其中一根（红色）为+24V电源线，另一根（黑色）既作为电源负极引线，又作为信号传输线。在信号传输线的末端通过一只标准负载电阻（也称取样电阻）接地（也就是电源负极），将电流信号转变成电压信号。,420mA二线制仪表接线方法,（420mA）,420mA二线制数显表外形及计算,在上一张图中，若取样电阻RL =500.0，则对应于420mA的输出电流，输出电压Uo为多少？,什么是“一次仪表”,将传感器与信号处理电路组合在一个壳体中，并安装在检测现场，在工业中经常被称为一次仪表。 一次仪表的输出： 输出信号可以是电压，也可以是电流。由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输（可以不考虑线路压降），所以在一次仪表中多采用电流输出型。 旧标准：010mA或02V。 新的标准规定电流输出为420mA；电压输出为15V。 4mA对应于零输入，20mA对应于满度输入。,如何将电流信号转变成电压信号,在信号传输线的末端通过一只标准负载电阻（也称取样电阻）接地（也就是电源负极），将电流信号转变成电压信号。 取样电阻的计算： 在下图中，若取样电阻RL=250.0，则对应于420mA的输出电压Uo为15V。,（420mA）,休 息 一 下,
