第三章電感傳感器重點(diǎn)

1、第三早電感傳感器課題：電感傳感器的原理及應(yīng)用課時(shí)安排：3課次編號(hào)：67教材分析難點(diǎn)：重點(diǎn)：二線制儀表的原理、應(yīng)用電流輸出型儀表的計(jì)算教學(xué)目的和要求各 教 學(xué) 環(huán) 節(jié) 和 內(nèi) 容XXX X XXX XXIt.1、了解電感傳感器的工作原理;2、掌握電流輸出型儀表的概念;采用教學(xué)方法和實(shí)施步驟：講授、課堂討論、分析教具：各種電感傳感器做以下的實(shí)驗(yàn)：將一只380V交流接觸器線圈與交流毫安表串聯(lián)后，接到機(jī)床用控制變壓器的36V交流電壓源上，如圖 4-1所示。這時(shí)毫安表的示值約為幾十毫安。用 手慢慢將接觸器的活動(dòng)鐵心（稱為銜鐵）往下按，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)毫安表的讀數(shù)逐漸減小。 當(dāng)銜鐵與固定鐵心之間的氣隙等于零時(shí)，

2、毫安表的讀數(shù)只剩下十幾毫安。圖3-1線圈鐵心的氣隙與電感量及電流的關(guān)系實(shí)驗(yàn)1 固定鐵心 2 氣隙 3線圈 4 銜鐵 5彈簧 6磁力線 7 絕緣外殼當(dāng)鐵心的氣隙較大時(shí)，磁路的磁阻Rm也較大，線圈的電感量L和感抗XL較小,所以電流I較大。當(dāng)鐵心閉合時(shí)，磁阻變小、電感變大，電流減小。我們可以利用本例 中自感量隨氣隙而改變的原理來制作測(cè)量位移的自感式傳感器。自感傳感器常見的形式有變隙式、變面積式和螺線管式等三種，原理示意圖分別 如圖3-1a、b、c所示，螺線管式自感傳感器外形如圖3-1d所示。提問：根據(jù)公式（3-1）,對(duì)于變隙式電感傳感器，電感L與氣隙厚度 3成比，畫出變隙式電感傳感器的江 特性曲線。

3、輸入輸出是 （線性/非線性）關(guān)系。3小，靈敏度就 。為了保證一定的線性度，變隙式電感傳感器只能用于 位移的測(cè)量。圖3-2電感傳感器的輸出特性a）變隙式電感傳感器的、-L特性曲線 b）變面積式電感傳感器的 A-L特性曲線1 實(shí)際輸岀特性 2 理想輸岀特性二、變截面式電感傳感器分析式（3-1），理論上電感量L與氣隙截面積 A是 （線性/非線性）關(guān)系。，靈敏度為。三、螺線管式電感傳感器單線圈螺線管式電感傳感器，當(dāng)銜鐵工作在螺線管的中部時(shí)，可以認(rèn)為線圈內(nèi)磁 場(chǎng)強(qiáng)度是均勻的，此時(shí)線圈電感量L與銜鐵插入深度I大致成正比。特點(diǎn)與應(yīng)用范圍：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，但靈敏度稍低，適用于測(cè)量稍大一點(diǎn)的 位移。四、差動(dòng)

4、電感傳感器上述三種電感傳感器的缺點(diǎn)：由于線圈中通有交流勵(lì)磁電流，因而銜鐵始終承受電磁吸力，會(huì)引起振動(dòng)及附加 誤差，而且非線性誤差較大；另外，外界的干擾如電源電壓頻率的變化，溫度的變化 都使輸出產(chǎn)生誤差。采用差動(dòng)電感傳感器的好處 ：在實(shí)際工作中常采用差動(dòng)形式，既可以提高傳感器的靈敏度，又可以減小測(cè)量誤 差。提問：?jiǎn)尉€圈電感傳感器與差動(dòng)式電感傳感器的特性比較如圖3-4所示。從圖3-4可以看出，差動(dòng)式電感傳感器的線性較 ，靈敏度較 。1圖3-4 單線圈電感傳感器與差動(dòng)式電感傳感器的特性比較1上線圈特性 2下線圈特性3 Li、L2差接后的特性五、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路1.差動(dòng)電感的變壓器電橋轉(zhuǎn)換電路差動(dòng)電感的變

5、壓器電橋轉(zhuǎn)換電路如圖 3-5所示。相鄰兩工作臂 Z1、Z2是差動(dòng)電感 傳感器的兩個(gè)線圈阻抗。另兩臂為激勵(lì)變壓器的二次繞組。輸入電壓約為10V左右，頻率約為數(shù)千赫，輸出電壓取自 A、B兩點(diǎn)。當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)：橋路平衡，輸出電壓 Uo=0。當(dāng)銜鐵下移時(shí)：下線圈感抗增加，而上線圈感抗減小時(shí)。輸出電壓絕對(duì)值增大, 其相位與激勵(lì)源同相。*D圖3-5差動(dòng)電感的變壓器電橋轉(zhuǎn)換電路銜鐵上移時(shí)：輸出電壓的相位與激勵(lì)源反相。如果在轉(zhuǎn)換電路的輸出端接上普通指示儀表時(shí)，實(shí)際上無法判別輸出的相位和位 移的方向。（解釋普通的指示儀表）2 .相敏檢波電路“檢波”與“整流”的含義：都指能將交流輸入轉(zhuǎn)換成直流輸出的電路。但

6、檢波多用于描述信號(hào)電壓的轉(zhuǎn)換。普通的全波整流：只能得到單一方向的直流電，不能反映輸入信號(hào)的相位。圖3-6不同檢波方式的輸出特性曲線a）非相敏檢波b ）相敏檢波1 理想特性曲線2 實(shí)際特性曲線第二節(jié)差動(dòng)變壓器傳感器差動(dòng)變壓器傳感器（Differential Transformer Transducer，簡(jiǎn)稱差動(dòng)變壓器）。全波變壓器測(cè)量：將兩個(gè)二次線圈差動(dòng)接法，發(fā)現(xiàn)總電壓非但沒有增加，反而相 互抵消。差動(dòng)變壓器是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為一次線圈與二次線圈間的互感量M的變化的裝置。當(dāng)一次線圈接入激勵(lì)電源之后，二次線圈就將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)兩者間的互感 量變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也相應(yīng)變化。目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型

7、式是螺線管式差動(dòng)變壓 器。圖3-7差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖及外形圖1一次線圈2二次線圈3銜鐵 4 測(cè)桿二、差動(dòng)變壓器的主要特性（1）靈敏度：?jiǎn)挝?mV/ （mm V）。行程越小，靈敏度越高。提問并解釋：適當(dāng)提高勵(lì)磁電壓，能提高靈敏度。以 為為宜。A . 220V （發(fā)熱） B . 1V （勵(lì)磁電流太?。〤. 10V D . 10mV電源頻率以 為為宜。A . 4kHz B. 50Hz （工頻）C .直流電 D . 100Hz （磁滯損耗）。（2） 線性范圍差動(dòng)電感和變壓器線性范圍約為線圈骨架長(zhǎng)度的1/10左右。三、測(cè)量電路圖3-11差動(dòng)整流電路及波形a）差動(dòng)整流電路b）、c）、d）各點(diǎn)電壓波形分析

8、差動(dòng)整流過程：（1）差動(dòng)變壓器的二次電壓 u21、U 22分別經(jīng)VD1VD4、VD5VD8兩個(gè)普通橋 式電路整流，變成直流電壓Uao和Ubo。由于Uao與Ubo是反向串聯(lián)的，所以U c3=U ab= U ao- U bo該電路是以兩個(gè)橋路整流后的直流電壓之差作為輸出的，所以稱為差動(dòng)整流電路。RP的作用：RP用來微調(diào)電路平衡的。低通濾波電路：C 3、C 4、R 3、R 4組成低通濾波電路，其時(shí)間常數(shù)T必須大于U i周期的十倍以上。差動(dòng)減法放大器：差動(dòng)變壓器的輸出電壓必須經(jīng)過特殊的整流電路后，再給予放大。目前已有厚膜 電路與之匹配。它的輸出信號(hào)可設(shè)計(jì)成符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的15V或420mA （請(qǐng)參閱本章

9、第三節(jié)有關(guān)內(nèi)容）。第三節(jié)電感傳感器的應(yīng)用電感傳感器主要用于小位移測(cè)量。凡是能轉(zhuǎn)換成小位移量變化的參數(shù)，如力、工 件尺寸、壓力、壓差、加速度、振動(dòng)等均可用其測(cè)量。主要介紹各種應(yīng)用所引入的工業(yè)測(cè)量的基本概念一、位移測(cè)量介紹軸向式電感測(cè)微器。三、壓力測(cè)量介紹什么是變送器：能將非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)的儀器或設(shè)備稱為變送器。介紹：什么是一次儀表：圖3-11所示的壓力變送器已經(jīng)將傳感器與信號(hào)處理電路組合在一個(gè)殼體中，并安裝在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，在工業(yè)中經(jīng)常被稱為一次儀表。一次儀表的輸出信號(hào)可以是電壓，也可以是電流。由于電流信號(hào)不易受干擾，且便于遠(yuǎn)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

10、輸出型。四、兩線制儀表的接線方法所謂兩線制儀表是指儀表與外界的聯(lián)系只需兩根導(dǎo)線。多數(shù)情況下，其中一根為 +24V電源線，另一根既作為電源負(fù)極引線，又作為信號(hào)傳輸線。在信號(hào)傳輸線的末端 通過一只標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻（也稱取樣電阻）接地（也就是電源負(fù)極），將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。兩線制儀表的接線方法如圖3-13所示。際I 電流輸出信號(hào)420mA去二次儀表圖3-13兩線制儀表的接線方法電流輸出型儀表介紹：新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電流輸出為 420mA ;電壓輸出為15V（舊標(biāo)準(zhǔn)為010mA或0 2V）。4mA對(duì)應(yīng)于零輸入，20mA對(duì)應(yīng)于滿度輸入。不讓信號(hào)占有 04mA這一范圍的原因是有利于判斷線路故障（開路）或儀表故 障；另一方面還能利用 04mA這一部分“本