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、特性和應用。電感傳感器可以用于測量微小的位移以及與位移有關的工件尺寸、壓力等參數(shù)。電感傳感器種類很多，人們習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，又往往做成差動式，故常稱為差動變壓器。電感傳感器屬于接觸式測量，需要較大的驅動力。它的最大特點是分辨力高，可達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系，我們先來做一個實驗。將一只380V交流接觸器線圈與交流毫安表串聯(lián)后，接到機床用控制變壓器的36V交流電壓源上，如圖3-1所示。這時毫安表的示值約為幾十毫安。用手慢慢將接觸器的活動鐵心（稱為銜鐵）往下按，將會發(fā)現(xiàn)毫安表的讀數(shù)逐漸減小。當銜鐵與固定鐵心之間的氣隙等于零時，毫安表的讀數(shù)只剩下十幾毫安。,小 實 驗,電感傳感器的基本工作原理演示,F,,,,,2

3、20V,準備工作,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,由電工知識可知，當鐵心的氣隙較大時，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。 當鐵心閉合時，磁阻變小、電感變大，電流減小。我們可以利用上述實驗中自感量隨氣隙而改變的原理來制作測量位移的自感傳感器 。,回顧與總結,,自感式電感傳感器常見的形式,變隙式 變截面式 螺線管式,1－線圈 2－

4、鐵心 3－銜鐵 4－測桿 5－導軌 6－工件 7－轉轉軸,電感傳感器的銜鐵較重，響應較慢，不宜用于快速動態(tài)測量。,小 貼 士,單線圈螺線管式電感傳感器的結構如圖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，銜鐵在線圈中伸入長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,在模擬電子學中，采用兩

5、個參數(shù)完全相同的三極管組成差動放大電路，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，由于線圈中通有交流勵磁電流，因而銜鐵始終承受電磁吸力，會引起振動。溫度升高時，線圈的尺寸增大，電感量隨之增大，將引起測量誤差。在實際使用中常采用差動形式，兩個完全相同的線圈共用一根活動銜鐵，構成差動式電感傳感器，既可以提高傳感器的靈敏度，又可以減小測量誤差。差動式電感傳感器的結構如圖3-3所示。,當銜鐵

6、偏離中間位置時，兩個線圈的電感量一個增加，一個減小，形成差動形式。,差動電感傳感器的特點,,,1-差動線圈 2-鐵心 3-銜鐵 4-測桿 5-工件,差動式電感傳感器對外界影響，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，從而減小了測量誤差。,差動電感傳感器的特性,曲線1、2為L1、L2 的特性，3為差動特性,,,請分析： 從曲線圖可以看出，與非差動電感傳感器相比較，差動式電感傳感器的靈敏

7、度、線性度有何變化？,12,測量轉換電路,測量轉換電路的作用是將電感量的變化轉換成電壓或電流的變化，以便用儀表指示出來。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)過一個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—實際特性曲線,實測得到的 相敏檢波電路的特性曲線,通過調(diào)零電路，可使輸出曲線平移到原點。,標定位移時的實驗數(shù)據(jù)及曲線,,,第二節(jié) 差動變壓器傳感器,,＋,復習電工知識： 全波整流電路中用到的“單相變壓器”有一個一次線圈，有兩個二次線圈。 當一次線圈加上交流激磁電壓Ui后，將在二次線圈中產(chǎn)生感應電壓UO。在全波

9、整流電路中，兩個二次線圈串聯(lián)，總電壓等于兩個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，不能反映輸入信號的相位。,請將單相變壓器的二次線圈N21、N22的有關端點按全波整流電路的要求正確地連接起來。,,請將單相變壓器的二次線圈N21、N22的有關端點按全波整流電路的要求正確地連接起來。,,,,,Uo,10V,10V,=20V,差動變壓器的工作原理,差動變壓器是把被測位移量轉換為一次線圈與二次線圈間的互感

10、量M的變化的裝置。由于兩個二次線圈采用差動接法，故稱為差動變壓器。目前應用最廣泛的結構型式是螺線管式差動變壓器。,在差動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稱的線圈（稱二次線圈），它們反向串聯(lián)，組成差動輸出形式。圖中標有黑點的一端稱為同名端，通俗的說法是指線圈的“頭”。,差動變壓器式傳感器的等效電路及接線,結構特點： 兩個二次線圈反向串聯(lián)，組成差動輸出形式。,請將二次線圈N

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

12、感傳感器）為宜 ？,答：線圈骨架長度約為被測變化量的10倍左右，選2mm×2=40mm。,測量電路 （以差動整流為例）,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？,測量電路 （以差動整流為例）,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) 電感式傳感器的應用,一、位移測量,軸向式電感測微器的外形,航空插頭,紅寶石測頭,,,其他電感測微頭,模擬式及數(shù)

13、字式電感測微儀,軸向式電感測微器的內(nèi)部結構,1—引線電纜 2—固定磁筒 3—銜鐵 4—線圈 5—測力彈簧 6—防轉銷 7—鋼球導軌（直線軸承） 8—測桿 9—密封套 10—測端 11—被測工件 12—基準面,電感式滾柱直徑分選裝置,滾柱直徑分選裝置圖 1—氣缸 2—活塞 3—推桿 4—被測滾柱 5—落料管 6—電感測微器 7—鎢鋼測頭

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,測微儀,圓柱滾子,,,,,電感式滾柱直徑分選裝置（外形）,滑道,,,分選倉位,軸承滾子外形,（參考中原量儀股份有限公司資料）,電感式滾柱直徑分選裝置外形,落料振動臺,,滑道,,11個分選倉位,,（參考無錫市通達滾子有限公司資料）,廢料倉,,電感式滾柱直徑分選裝置（機械結構放大）,汽缸,控制鍵盤,直徑測微裝置,長度測微裝置,滑道,,,,,,機械及氣動元

15、件,電感測微器,汽缸,氣水分離器（供氣三聯(lián)件）,儲氣罐,導氣管,氣壓表（0.4MPa左右）,,,,,,,電感式滾柱直徑分選界面,分選結果基本符合 正態(tài)分布,,差動變壓器式厚度測量原理,電感式不圓度計原理,該圓度計采用旁向式電感測微頭,電感式不圓度測試系統(tǒng),旁向式電感測微頭,,電感式不圓度測量系統(tǒng)外形（參考洛陽匯智測控技術有限公司資料）,旋轉盤,,,測量頭,不圓度測量打印,電感式輪廓儀,旁向式電感 測微頭,,壓力測量,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)將傳感器與信號處理電路組合在一個殼體中，這在工業(yè)中被稱為一次儀表。 一次儀表的輸出信號可以是電壓，也可以是電流。由于電流信號不易受干擾，且便于遠距離傳輸（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,新的國家標準規(guī)定電流輸出為4～20mA；電壓輸出為1～5V(舊國標為0～10mA或0`2V)。

18、4mA對應于零輸入，20mA對應于滿度輸入。,不讓信號占有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、）既作為電源負極引線，又作為信號傳輸線。在信號傳輸線的末端通過一只標準負載電阻（也稱取樣電阻）接地（也就是電源負極），將電流信號轉變成電壓信號。,4~20mA二線制儀表接線方法,（4~20mA）,4~20mA二線制數(shù)顯表外形及計算,在上一張圖中，若取樣電阻RL =500.0?，則對應于4~20mA的輸出電流，輸出電壓Uo為多少？,什么是“一次儀表”,將傳感器與信號處理電路組合在一個殼體中，并安裝在檢測現(xiàn)場，在工業(yè)中經(jīng)常被稱為一次儀表。

20、一次儀表的輸出：輸出信號可以是電壓，也可以是電流。由于電流信號不易受干擾，且便于遠距離傳輸（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。舊標準：0～10mA或0～2V。新的標準規(guī)定電流輸出為4～20mA；電壓輸出為1～5V。4mA對應于零輸入，20mA對應于滿度輸入。,如何將電流信號轉變成電壓信號,在信號傳輸線的末端通過一只標準負載電阻（也稱取樣電阻）接地（也就是電源負極），將電流信號轉變成電壓信號。取樣電阻的計算