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1、 本章学习本章学习自感式传感器和差自感式传感器和差动变压器的结构、工作原理、测动变压器的结构、工作原理、测量电路量电路以及他们的应用，掌握一以及他们的应用，掌握一次仪表的相关知识。次仪表的相关知识。第三章第三章 电感式传感器电感式传感器 7/25/20241第一节第一节 自感式传感器自感式传感器 先看先看一个实验：一个实验： 将一只将一只380V交流接触器线圈与交流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毫安表串联后，接到机床用控制变压器的的36V交流电压源上，如图交流电压源上，如图4-1所示。这所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触
2、器的活动铁心（称为衔铁）往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。零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。 7/25/20242电感传感器的基本工作电感传感器的基本工作原理演示原理演示F F220V准备工作准备工作7/25/20243电感传感器的基本工作电感传感器的基本工作原理演示原理演示气隙变气隙变小，电感变大，电流变小小，电感变大，电流变小F F7/25/20244电感传感器的基本工作电感传感器的基本工作原理原理 当铁心的气隙较大时，
3、磁路的磁阻当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也也较大，线圈的电感量较大，线圈的电感量L和感抗和感抗XL 较小，所以较小，所以电流电流I 较大。当铁心闭合时，磁阻变小、电较大。当铁心闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。感变大，电流减小。 7/25/20245自感式电感传感器常见的形式自感式电感传感器常见的形式 变隙式变隙式 变截面式变截面式 螺线管式螺线管式 7/25/20246电感量计算公式电感量计算公式 ： 请分析电感量请分析电感量L与气隙厚度与气隙厚度 及气隙的有效截及气隙的有效截面积面积A之间的关系，并讨论有关线性度的问题。之间的关系，并讨论有关线性度的问题。N：线线圈圈匝匝数数；A
4、：气气隙隙的的有有效效截截面面积积； 0 ：真空磁导率；真空磁导率； ：气隙厚度。气隙厚度。 7/25/20247差动电感传感器的特点差动电感传感器的特点 请分析：灵敏度、请分析：灵敏度、 线性度线性度有何变化有何变化曲线曲线1、2为为L1、L2 的特性，的特性，3为差动特性为差动特性 在在变变隙式差隙式差动电动电感感传传感感器中，当器中，当衔铁衔铁随被随被测测量移量移动动而偏离中而偏离中间间位置位置时时，两个，两个线线圈的圈的电电感量一个增加，一个感量一个增加，一个减小，形成差减小，形成差动动形式。形式。 1-1-差动线圈差动线圈 2- 2-铁心铁心 3- 3-衔铁衔铁 4-4-测杆测杆 5
5、- 5-工件工件 7/25/20248差动式电感传感器的特性差动式电感传感器的特性 从曲线图可以看出，差动式电感传感器从曲线图可以看出，差动式电感传感器的线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度约的线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。为非差动式电感传感器的两倍。 从结构图可以看出，差动式电感传感器从结构图可以看出，差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。吸力也较小，从而减小了测量误差。 7/25/20249测量转换电路
6、测量转换电路 测量转换电路的作用是将电感量的变化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，以便用仪表指示转换成电压或电流的变化，以便用仪表指示出来。出来。但若仅但若仅采用电桥电路和普通的检波电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。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，则不但可以反映个能判别相位的检波电路，则不但可以反映位移的大小（的幅值），还可以反映位移的位移的大小（的幅值），还可以反映位移的方向（的相位）。这种检波
7、电路称为相敏检方向（的相位）。这种检波电路称为相敏检波电路波电路。7/25/202410图图3-7 3-7 相敏检波相敏检波输出特性曲线输出特性曲线a）非相敏检波非相敏检波 b）相敏检波相敏检波1理想特性曲线理想特性曲线 2实际特性曲线实际特性曲线 7/25/202411实测得到的实测得到的 相敏检波电路相敏检波电路的特性曲线的特性曲线 通过调零通过调零电路，可使输电路，可使输出曲线平移到出曲线平移到原点。原点。标定位移时的实验数据及曲线标定位移时的实验数据及曲线7/25/202412第二节第二节 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 电源中用到的电源中用到的“单相变压器单相变压器”有一个一次
8、线圈（又称为初有一个一次线圈（又称为初级线圈），有若干个二次线圈（又称次级线圈）。当一次线圈级线圈），有若干个二次线圈（又称次级线圈）。当一次线圈加上交流激磁电压加上交流激磁电压Ui后，将在二次线圈中产生感应电压后，将在二次线圈中产生感应电压UO O。在在全波整流电路中，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。圈的电压之和。 请请将将单相变压单相变压器器二次线圈二次线圈N21、N22的的有关端点按有关端点按全全波整流电路的要求波整流电路的要求正确地连接起来。正确地连接起来。7/25/202413差动变压器式传感器的工作原理差动变
9、压器式传感器的工作原理 差动变压器式传感器是把被测位移量转换为一次差动变压器式传感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线圈与二次线圈间的互感量M的变化的装置。当一次的变化的装置。当一次线圈接入激励电源之后，二次线圈就将产生感应电动线圈接入激励电源之后，二次线圈就将产生感应电动势，当两者间的互感量变化时，感应电动势也相应变势，当两者间的互感量变化时，感应电动势也相应变化。由于两个二次线圈采用差动接法，故称为差动变化。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。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。压器。 差动变压器的结构原理
10、如图差动变压器的结构原理如图3-8所示。在线框上绕所示。在线框上绕有一组输入线圈（称一次线圈）；在同一线框的上端有一组输入线圈（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），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。理想差动变压器它们反向串联，组成差动输出形式。理想差动变压器的原理如图的原理如图3-9。图中标有黑点的一端称为同名端，通。图中标有黑点的一端称为同名端，通俗说法是指线圈的俗说法是指线圈的“头头”。 7/25/202414差动变压器式传感器的等效电路差动变压器式传感器的等效电路 结构特点：结构特点： 两个二次线圈反两个
11、二次线圈反向串联，组成差向串联，组成差动输出形式。动输出形式。 请请将将二次二次线圈线圈N21、N22的的有关端点正确地有关端点正确地连接起来，并指连接起来，并指出哪两个为输出出哪两个为输出端点。端点。7/25/202415灵敏度与线性度灵敏度与线性度 差动变压器的灵敏度一般可达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。行程越小，灵敏度越高。 为了提高灵敏度，励磁电压在为了提高灵敏度，励磁电压在10V左右为宜。左右为宜。电源频率以电源频率以110kHz为好。为好。 差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右左右。 例：欲测量例：
12、欲测量20mm 2mm轴的直径误轴的直径误差，应选择差，应选择线圈骨架长度线圈骨架长度为多少的为多少的差动变差动变压器（或压器（或电感传感器）为宜电感传感器）为宜 ？7/25/202416测量电路测量电路 （以（以差动整差动整流流为例）为例） 若若1、2虚焊，虚焊，Ua o、 Ub o将变成什么将变成什么波形？波形？7/25/202417差动整流的特点差动整流的特点 电路是以两个桥路整流后的直流电电路是以两个桥路整流后的直流电压之差作为输出的，所以称为差动整流压之差作为输出的，所以称为差动整流电路。它不但可以反映位移的大小（电电路。它不但可以反映位移的大小（电压的幅值），还可以反映位移的方向。压的幅值），还可以反映位移的方向。 上图中的上图中的RP是用来微调电路平衡的，是用来微调电路平衡的， VD1VD4、VD5VD8组成普通桥式整流电路，组成普通桥式整流电路， 3、4、3、4组成低通滤波电路，组成低通滤波电路，1及及21、22、f、23组成差动减法放大器，组成差动减法放大器，用于克服用于克服a、b两点的对地共模电压。两点的对地共模电压。 7/25/202418第第 一、二一、二 节作业节作业P56，第第3题题7/25/202419休休 息息 一一 下下7/25/202420
