3电感传感器解析

2020/3/231本章学习自感式传感器和差动变压器的结构、工作原理、测量电路以及他们的应用，掌握一次仪表的相关知识。第三章电感式传感器2020/3/232第一节自感式传感器先看一个实验：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。2020/3/233电感传感器的基本工作原理演示F220V准备工作2020/3/234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F2020/3/235电感传感器的基本工作原理当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，线圈的电感量L和感抗XL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。(31)2LUUUIZXfL2020/3/236自感式电感传感器常见的形式变隙式变截面式螺线管式2020/3/237电感量计算公式：请分析电感量L与气隙厚度及气隙的有效截面积A之间的关系，并讨论有关线性度的问题。202NALN：线圈匝数；A：气隙的有效截面积；0：真空磁导率；：气隙厚度。2020/3/238差动电感传感器的特点请分析：灵敏度、线性度有何变化曲线1、2为L1、L2的特性，3为差动特性在变隙式差动电感传感器中，当衔铁随被测量移动而偏离中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形成差动形式。1-差动线圈2-铁心3-衔铁4-测杆5-工件2020/3/239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。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。2020/3/2310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）。这种检波电路称为相敏检波电路。2020/3/2311图3-7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2020/3/2312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2020/3/2313第二节差动变压器式传感器电源中用到的“单相变压器”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。请将单相变压器二次线圈N21、N22的有关端点按全波整流电路的要求正确地连接起来。＋2020/3/2314差动变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线圈与二次线圈间的互感量M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，故称为差动变压器。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。差动变压器的结构原理如图3-8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。理想差动变压器的原理如图3-9。图中标有黑点的一端称为同名端，通俗说法是指线圈的“头”。2020/3/2315差动变压器式传感器的等效电路结构特点：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。2020/3/2316灵敏度与线性度差动变压器的灵敏度一般可达0.5~5V/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1~10kHz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20mm2mm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？2020/3/2317测量电路（以差动整流为例）若Ｃ1、Ｃ2虚焊，Uao、Ubo将变成什么波形？2020/3/2318差动整流的特点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。上图中的RP是用来微调电路平衡的，VD1~VD4、VD5~VD8组成普通桥式整流电路，Ｃ3、Ｃ4、Ｒ3、Ｒ4组成低通滤波电路，Ａ1及Ｒ21、Ｒ22、Ｒf、Ｒ23组成差动减法放大器，用于克服a、b两点的对地共模电压。2020/3/2319第一、二节作业P56，第3题2020/3/2320休息一下2020/3/2321第三章：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2020/3/2322其他电感测微头2020/3/2323模拟式及数字式电感测微仪2020/3/2324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2020/3/2325二、电感式滚柱直径分选装置图3-14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）2020/3/2326二、电感式滚柱直径分选装置测微仪圆柱滚子2020/3/2327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）2020/3/2328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2020/3/2329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2020/3/2330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）2020/3/2331三、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2020/3/2332仿形铣床外形仿形机床采用闭环工作方式仿形头主轴2020/3/2333仿形车床原理2020/3/2334四、电感式不圆度计原理该圆度计采用旁向式电感测微头2020/3/2335电感式不圆度测试系统旁向式电感测微头2020/3/2336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2020/3/2337不圆度测量打印2020/3/2338电感式轮廓仪旁向式电感测微头2020/3/2339五、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2020/3/2340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。2020/3/2341六、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：5μm；•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；2020/3/2342粗糙度仪外形金刚石测头2020/3/2343粗糙度测量结果打印（1）2020/3/2344粗糙度测量结果打印（2）2020/3/2345图3-17b某一压力变送器的测量电路2020/3/2346七、一次仪表与4~20mA二线制输出方式图3-17所示的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。2020/3/23474~20mA二线制输出方式新的国家标准规定电流输出为4~20mA；电压输出为1~5V(旧国标为0~10mA或0~2V)。4mA对应于零输入，20mA对应于满度输入。不让信号占有0~4mA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0~4mA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。2020/3/23484~20mA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。2020/3/23494~20mA二线制仪表接线方法4~20mA2020/3/23504~20mA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4~20mA的输出电流，输出电压Uo为2~10V。2020/3/2351第三节作业P56，第4、9题（本章作业共3道题）2020/3/2352休息一下