項(xiàng)目五電感式學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1項(xiàng)目項(xiàng)目(xingm)五電感式五電感式第一頁，共56頁。【知識(shí)要求】【知識(shí)要求】1.了解電感式傳感器的工作原理了解電感式傳感器的工作原理(yunl)及分類方法及分類方法。2.掌握電感式傳感器的功能及工作特點(diǎn)。掌握電感式傳感器的功能及工作特點(diǎn)。3.掌握電感式傳感器的測量方法。掌握電感式傳感器的測量方法。4.了解電感式傳感器的發(fā)展方向與應(yīng)用。了解電感式傳感器的發(fā)展方向與應(yīng)用。重點(diǎn)：自感式、差動(dòng)變壓器式、電渦流式傳感器的重點(diǎn)：自感式、差動(dòng)變壓器式、電渦流式傳感器的工作原理工作原理(yunl)，掌握其性能特點(diǎn)，了解其應(yīng)用。，掌握其性能特點(diǎn)，了解其應(yīng)用。第1頁/共55頁第二頁，共56頁?！灸芰σ?/p>

2、求】【能力要求】1.正確地識(shí)別各種電感式傳感器及其特點(diǎn)和正確地識(shí)別各種電感式傳感器及其特點(diǎn)和其在整個(gè)工作系統(tǒng)中的作用其在整個(gè)工作系統(tǒng)中的作用(zuyng)。2.在設(shè)計(jì)中，能夠根據(jù)工作系統(tǒng)的特點(diǎn)，找在設(shè)計(jì)中，能夠根據(jù)工作系統(tǒng)的特點(diǎn)，找出匹配的電感式傳感器。出匹配的電感式傳感器。3.能夠準(zhǔn)確判斷出傳感器的好壞，熟練掌握能夠準(zhǔn)確判斷出傳感器的好壞，熟練掌握電感式傳感器的測量方法。電感式傳感器的測量方法。4.能夠設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的測量電路。能夠設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的測量電路。第2頁/共55頁第三頁，共56頁。（一）自感式傳感器（一）自感式傳感器1.工作原理工作原理變磁阻式傳感器是一種常用自感式傳感器，其結(jié)構(gòu)原變磁

3、阻式傳感器是一種常用自感式傳感器，其結(jié)構(gòu)原理如圖所示，由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜理如圖所示，由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料（坡莫合金或硅鋼片）制成?；顒?dòng)銜鐵與鐵鐵由導(dǎo)磁材料（坡莫合金或硅鋼片）制成?；顒?dòng)銜鐵與鐵芯之間存在氣隙，厚度為芯之間存在氣隙，厚度為。傳感器工作時(shí)，銜鐵與傳感器。傳感器工作時(shí)，銜鐵與傳感器的運(yùn)動(dòng)部分（同時(shí)連接被測物體）連在一起，當(dāng)被測物體的運(yùn)動(dòng)部分（同時(shí)連接被測物體）連在一起，當(dāng)被測物體按圖示方向產(chǎn)生按圖示方向產(chǎn)生的位移時(shí)，氣隙厚度的位移時(shí)，氣隙厚度發(fā)生變化，從而發(fā)生變化，從而使磁路中的磁阻產(chǎn)生相應(yīng)使磁路中的磁阻產(chǎn)生相應(yīng)(xingyng)的變

4、化，進(jìn)而導(dǎo)致電的變化，進(jìn)而導(dǎo)致電感線圈的電感量變化，測出這種電感量的變化就可以判別感線圈的電感量變化，測出這種電感量的變化就可以判別出銜鐵（即被測物體）出銜鐵（即被測物體）位移量的大小和方向。位移量的大小和方向。第3頁/共55頁第四頁，共56頁。變磁阻式傳感器基本(jbn)結(jié)構(gòu)第4頁/共55頁第五頁，共56頁。根據(jù)電感定義，線圈(xinqun)中電感量可由下式確定：式中線圈總磁鏈； I通過線圈的電流(dinli)；N線圈的匝數(shù)； 穿過線圈的磁通。由磁路歐姆定律，得式中，Rm為磁路總磁阻。將式（5-2）代入式（5-1），得第5頁/共55頁第六頁，共56頁。 對(duì)于變氣隙式傳感器， 因?yàn)闅庀逗苄?，?/p>

5、以可以認(rèn)為氣隙中的磁場是均勻的。若忽略磁路損耗，則磁路總磁阻為式中 RF鐵芯磁阻；S1鐵芯的截面積； R空氣氣隙磁阻；S2銜鐵的截面積； 1鐵芯材料的磁導(dǎo)率； 0空氣的磁導(dǎo)率； 2銜鐵材料的磁導(dǎo)率； S氣隙的截面積； L1磁通通過鐵芯的長度(chngd)； 氣隙的厚度。 L2磁通通過銜鐵的長度(chngd)；第6頁/共55頁第七頁，共56頁。因?yàn)闅庀洞抛柽h(yuǎn)大于鐵芯和銜鐵的磁阻，所以(suy)可略去鐵芯和銜鐵磁阻，則式(5-4）可近似為將式(5-5）代入式(5-3）可得 第7頁/共55頁第八頁，共56頁。式(5-6)表明，當(dāng)確定線圈匝數(shù)之后，改變和S以及磁導(dǎo)率0均能夠?qū)е码姼蠰的變化。所以，變磁

6、阻式傳感器又可分為變氣隙厚度的電感式傳感器、變氣隙面積S的電感式傳感器、變鐵芯磁導(dǎo)率的電感式傳感器。實(shí)際應(yīng)用的過程中，最常用的是變氣隙厚度的電感式傳感器。變氣隙面積S的電感式傳感器為線性特性(txng)，但靈敏度低。它常用于角位移測量。變鐵芯磁導(dǎo)率的電感式傳感器，是利用某些鐵磁材料的壓磁效應(yīng)，所以也稱壓磁式傳感器。壓磁效應(yīng)是當(dāng)鐵磁材料受到力的作用時(shí)，在物體內(nèi)部就產(chǎn)生應(yīng)力，從而引起磁導(dǎo)率發(fā)生變化。這種傳感器主要用于各種力的測量。第8頁/共55頁第九頁，共56頁。2.自感式傳感器等效電路電感式傳感器是利用鐵芯線圈中的自感隨銜鐵位移或空隙面積改變而變化的原理制成的，它通常采用鐵磁體作為磁芯，所以線圈

7、不可能(knng)呈現(xiàn)為純電感，電感L還包含了與L串聯(lián)的線圈銅損耗電阻Rc，同時(shí)存在與L并聯(lián)鐵芯渦流損耗電阻Re；由于線圈和測量設(shè)備電纜的接入，存在線圈固有電容和電纜的分布電容，用集中參數(shù)C表示（C與L和Rc、Re相并聯(lián))，因此，電感式傳感器可用如圖所示等效電路表示。它可以用一個(gè)復(fù)阻抗Z來等效。電感式傳感器等效電路第9頁/共55頁第十頁，共56頁。3.變氣隙電感式傳感器輸出特性由式(5-6)可知，當(dāng)電感式傳感器線圈(xinqun)匝數(shù)和氣隙面積一定時(shí)，電感量L與氣隙厚度成反比，電感量L與氣隙厚度特性如圖所示。下面分析變氣隙厚度電感式傳感器的輸出特性。電感式傳感器L特性(txng)由5-7第10

8、頁/共55頁第十一頁，共56頁。（1）結(jié)構(gòu)(jigu)和工作原理為了減小變氣隙厚度電感式傳感器的非線性，利用兩只完全對(duì)稱的單個(gè)電感式傳感器合用一個(gè)活動(dòng)銜鐵，構(gòu)成差動(dòng)電感式傳感器，如差動(dòng)螺線管電感式傳感器、差動(dòng)E型電感式傳感器等，如圖（a）和(b)所示，其結(jié)構(gòu)(jigu)特點(diǎn)是上、下兩個(gè)磁體的幾何尺寸、材料、電氣參數(shù)均完全一致。傳感器的兩只電感線圈接成交流電橋的相鄰橋臂，另外兩只橋臂由電阻組成。它們構(gòu)成四臂交流電橋，電橋電源為UAC (交流)，橋路輸出為交流電壓Uo。差動(dòng)電感式傳感器的結(jié)構(gòu)原理1鐵芯；2線圈(xinqun)；3銜鐵第11頁/共55頁第十二頁，共56頁。初始狀態(tài)時(shí)，兩只電感線圈的電

9、感量相等，銜鐵位于中間位置，兩邊空隙相等。因此，數(shù)值(shz)極性相反，電橋輸出電壓Uo=0，即電橋處于平衡狀態(tài)。當(dāng)銜鐵偏離中間位置，向上或向下移動(dòng)時(shí)，兩邊氣隙不一樣，使兩只電感線圈的電感量一增一減，電橋不平衡。電橋輸出電壓的大小與銜鐵移動(dòng)的大小成比例，其相位則與銜鐵移動(dòng)量的方向有關(guān)。若向下移動(dòng)，輸出電壓為正；向上移動(dòng)時(shí)，則輸出電壓為負(fù)。因此，只要能測量出輸出電壓的大小和相位，就可以決定銜鐵位移的大小和方向。銜鐵帶動(dòng)連動(dòng)機(jī)構(gòu)就可以測量多種非電量，如位移、液面高度、速度等。第12頁/共55頁第十三頁，共56頁。（2）輸出特性輸出特性是指電橋輸出電壓與傳感器銜鐵(xinti)位移量之間的關(guān)系。非差

10、動(dòng)電感式傳感器電感量變化L和位移量變化是非線性關(guān)系。差動(dòng)電感式傳感器輸出特性第13頁/共55頁第十四頁，共56頁。5.測量電路(dinl)變磁阻電感式傳感器的測量電路(dinl)有交流電橋式、交流變壓器式和諧振式等幾種。（1）交流電橋式測量電路(dinl)交流電橋式測量(cling)電路圖5-式中L0銜鐵在中間位置時(shí)單個(gè)線圈的電感量；L單個(gè)線圈電感的變化量。第14頁/共55頁第十五頁，共56頁。（2）交流(jioli)變壓器式測量電路5-9交流變壓器式測量(cling)電路第15頁/共55頁第十六頁，共56頁。（3） 諧振式測量(cling)電路諧振(xizhn)式調(diào)幅電路圖諧振式調(diào)頻電路第1

11、6頁/共55頁第十七頁，共56頁。（二）互感式傳感器（二）互感式傳感器互感式傳感器是把被測的非電量互感式傳感器是把被測的非電量(dinling)變化變化轉(zhuǎn)換為變壓器線圈的互感變化。這種傳感器是根據(jù)變轉(zhuǎn)換為變壓器線圈的互感變化。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，變壓器初級(jí)線圈輸入交流電壓器的基本原理制成的，變壓器初級(jí)線圈輸入交流電壓，次級(jí)線圈感應(yīng)出電勢。由于變壓器的次級(jí)線圈常壓，次級(jí)線圈感應(yīng)出電勢。由于變壓器的次級(jí)線圈常接成差動(dòng)形式，故又稱為差動(dòng)變壓器式傳感器。差動(dòng)接成差動(dòng)形式，故又稱為差動(dòng)變壓器式傳感器。差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式有變氣隙式、變面積式和螺線管式等變壓器結(jié)構(gòu)形式有變氣隙式、變面積式

12、和螺線管式等，其工作原理基本一樣。變氣隙差動(dòng)互感式傳感器由，其工作原理基本一樣。變氣隙差動(dòng)互感式傳感器由于行程小，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此目前已很少采用。螺線于行程小，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此目前已很少采用。螺線管式差動(dòng)變壓器廣泛用于非電量管式差動(dòng)變壓器廣泛用于非電量(dinling)的測量，的測量，它可以測量它可以測量1100 mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移，這種傳范圍內(nèi)的機(jī)械位移，這種傳感器具有測量精度高，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，性能可感器具有測量精度高，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠等優(yōu)點(diǎn)?？康葍?yōu)點(diǎn)。第17頁/共55頁第十八頁，共56頁。1.工作原理差動(dòng)變壓器式傳感器的組成元件有銜鐵、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和線圈框架等。初

13、級(jí)線圈作為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，可視為變壓器的原邊，次級(jí)兩個(gè)對(duì)稱的線圈反向串接相當(dāng)于變壓器的副邊。如圖所示螺線管形差動(dòng)變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)。它由初級(jí)線圈P、兩個(gè)次級(jí)線圈S1、S2和插入線圈中央的圓柱形鐵芯b組成，結(jié)構(gòu)形式有二段式和三段式等之分。差動(dòng)變壓器線圈連接如圖(c)所示。次級(jí)線圈S1和S2反極性串聯(lián)。當(dāng)初級(jí)線圈P加上某一頻率的正弦交流電壓Ui后，次級(jí)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓為U1和U2，它們的大小與鐵芯在線圈內(nèi)的位置(wi zhi)有關(guān)。U1和U2反極性連接可得到輸出電壓Uo。第18頁/共55頁第十九頁，共56頁。螺線管形差動(dòng)變壓器式傳感器結(jié)構(gòu)(jigu)原理第19頁/共55頁第二十頁，共56頁。在

14、理想情況下（即不考慮鐵損的情況下）差動(dòng)變壓器的等效電路如圖所示，它是利用磁感應(yīng)原理制作的。圖中 LP、RP為初級(jí)線圈電感和損耗電阻(dinz)； M1、M2為初級(jí)線圈與兩次級(jí)線圈間的互感系數(shù)；Ui為初級(jí)線圈激勵(lì)電壓；Uo為輸出電壓；Ls1、Ls2為兩次級(jí)線圈的電感；Rs1，Rs2為兩次級(jí)線圈的損耗電阻(dinz)；為激勵(lì)電壓的頻率。差動(dòng)變壓器輸出電壓(diny)的特性曲線差動(dòng)變壓器的等效電路輸出電壓的有效值為5-10第20頁/共55頁第二十一頁，共56頁。2.差動(dòng)變壓器式傳感器測量電路差動(dòng)變壓器輸出的是正弦(zhngxin)交流電壓信號(hào)，其與銜鐵的移動(dòng)成正比，若用交流電壓表測量，只能反映鐵芯位

15、移的大小，不能反映移動(dòng)方向。另外，其測量值必定含有零點(diǎn)殘余電壓。為了能夠消除零點(diǎn)殘余電壓和辨別移動(dòng)方向，常采用相敏檢波電路和差動(dòng)整流電路。第21頁/共55頁第二十二頁，共56頁。（1）相敏檢波(jinb)電路相敏檢波(jinb)電路5-1第22頁/共55頁第二十三頁，共56頁。波形圖第23頁/共55頁第二十四頁，共56頁。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，相繼出現(xiàn)各種性能的集成電路的相敏檢波器，例如，LZX1單片相敏檢波電路，其中LZX1為全波相敏檢波放大器，它與差動(dòng)變壓器的連接如圖所示。相敏檢波電路要求參考電壓和差動(dòng)變壓器次級(jí)(c j)輸出電壓同頻率，相位相同或相反，因此，需要在線路中接入移相電路。如

16、果位移量很小，差動(dòng)變壓器輸出端還要接入放大器，將放大后的信號(hào)輸入到LZX1的輸入端。LZX1與差動(dòng)變壓器的連接(linji)電路第24頁/共55頁第二十五頁，共56頁。通過LZX1全波相敏檢波輸出的信號(hào)，還須經(jīng)過低通濾波器，濾去調(diào)制時(shí)引入的高頻信號(hào)，只讓與x位移信號(hào)對(duì)應(yīng)的直流電壓信號(hào)通過。該輸出電壓信號(hào)Uo與位移量x的關(guān)系可用圖表示。輸出電壓是通過零點(diǎn)的一條直線，-E+x位移輸出正電(zhngdin)壓，x位移輸出負(fù)電壓。電壓的正負(fù)表明了位移方向。輸出電壓(diny)與位移量的關(guān)系第25頁/共55頁第二十六頁，共56頁。（2）差動(dòng)整流電路這種電路是把差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)電壓分別整流，然后(rn

17、hu)將它們整流的電壓或電流的差值作為輸出?，F(xiàn)以電壓輸出型全波差動(dòng)整流電路為例來說明其工作原理。電路如圖所示。全波差動(dòng)整流(zhngli)電路第26頁/共55頁第二十七頁，共56頁。由上圖可知，無論兩個(gè)次級(jí)線圈的輸出瞬時(shí)電壓極性如何，流經(jīng)兩個(gè)電阻R的電流總是從2到4，從6到8，故整流電路的輸出電壓為差動(dòng)整流電路具有結(jié)構(gòu)簡單，不需要考慮相位調(diào)整和零點(diǎn)殘余電壓的影響，分布電容影響小和便于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)(yudin)，因而獲得廣泛應(yīng)用。第27頁/共55頁第二十八頁，共56頁。（三）電渦流式傳感器（三）電渦流式傳感器電感線圈產(chǎn)生的磁力線經(jīng)過金屬電感線圈產(chǎn)生的磁力線經(jīng)過金屬(jnsh)導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體時(shí)，

18、金屬金屬(jnsh)導(dǎo)體就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流的流線呈導(dǎo)體就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流的流線呈閉合回線。類似如圖閉合回線。類似如圖(a)所示的水渦形狀，故稱之為電渦所示的水渦形狀，故稱之為電渦流。流。電渦流式傳感器原理圖1金屬(jnsh)導(dǎo)體;2電渦流區(qū);3電感線圈L第28頁/共55頁第二十九頁，共56頁。理論分析和實(shí)踐證明，電渦流的大小是金屬導(dǎo)體的電阻率、相對(duì)磁導(dǎo)率、金屬導(dǎo)體厚度H、線圈激勵(lì)信號(hào)頻率以及線圈與金屬塊之間的距離x等參數(shù)的函數(shù)。若固定某些參數(shù)，就能按渦流的大小來測量出另外某一參數(shù)。電渦流式傳感器最大的特點(diǎn)是能對(duì)位移、厚度、表面溫度、電解質(zhì)濃度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進(jìn)行非接觸式連續(xù)

19、測量，另外還具有體積小、靈敏度高、頻率響應(yīng)寬等特點(diǎn)，所以應(yīng)用極其廣泛。因?yàn)闇u流滲透深度與傳感器線圈的激勵(lì)信號(hào)頻率有關(guān)(yugun)，故傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類，但從基本工作原理上來說仍是相似的。下面以高頻反射電渦流式傳感器為例說明其原理和特性第29頁/共55頁第三十頁，共56頁。2.等效電路1.基本原理等效電路第30頁/共55頁第三十一頁，共56頁。3.測量(cling)電路用于電渦流式傳感器的測量(cling)電路主要有調(diào)頻式和調(diào)幅式兩種。（1）調(diào)頻式電路調(diào)頻式測量(cling)電路原理如圖所示。調(diào)頻式測量電路原理圖第31頁/共55頁第三十二頁，共56頁。（2）調(diào)幅(dio f

20、)式電路調(diào)幅(dio f)式電路示意圖第32頁/共55頁第三十三頁，共56頁。（一）實(shí)施要求（一）實(shí)施要求（1）通過本項(xiàng)目的實(shí)施，在掌握電感式傳感器的基）通過本項(xiàng)目的實(shí)施，在掌握電感式傳感器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上掌握電感式傳感器的器件識(shí)本結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上掌握電感式傳感器的器件識(shí)別、故障別、故障判斷、測量方法和實(shí)際應(yīng)用判斷、測量方法和實(shí)際應(yīng)用(yngyng)。（2）該項(xiàng)目需要電感式傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)或相關(guān)設(shè)備、）該項(xiàng)目需要電感式傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)或相關(guān)設(shè)備、導(dǎo)線若干、相關(guān)的儀表、萬用表、示波器。導(dǎo)線若干、相關(guān)的儀表、萬用表、示波器。第33頁/共55頁第三十四頁，共56頁。（二）實(shí)施步驟（二）實(shí)施

21、步驟（1）找出電容式傳感器在電路中的位置，并判斷是）找出電容式傳感器在電路中的位置，并判斷是什么類型的傳感器。什么類型的傳感器。（2）分析測量電路的工作）分析測量電路的工作(gngzu)原理，觀察電原理，觀察電容式傳感器工作容式傳感器工作(gngzu)過程中的現(xiàn)象。過程中的現(xiàn)象。（3）找出各個(gè)單元電路，記錄其電路組成形式。）找出各個(gè)單元電路，記錄其電路組成形式。（4）按照原理圖用導(dǎo)線將電路連接好，檢查確認(rèn)無）按照原理圖用導(dǎo)線將電路連接好，檢查確認(rèn)無誤后，啟動(dòng)電源。誤后，啟動(dòng)電源。（5）觀察各單元電路的工作）觀察各單元電路的工作(gngzu)情況，記錄情況，記錄其在工作其在工作(gngzu)過程

22、中不同狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。過程中不同狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。第34頁/共55頁第三十五頁，共56頁。（一）變磁阻式傳感器的應(yīng)用（一）變磁阻式傳感器的應(yīng)用(yngyng)如圖所示是變隙電感式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖。 它由膜盒、鐵芯、銜鐵(xinti)及線圈等組成，銜鐵(xinti)與膜盒的上端連在一起。當(dāng)壓力進(jìn)入膜盒時(shí)，膜盒的頂端在壓力F的作用下產(chǎn)生與壓力F大小成正比的位移。于是銜鐵(xinti)也發(fā)生移動(dòng)，從而使氣隙發(fā)生變化，流過線圈的電流也發(fā)生相應(yīng)的變化，電流表指示值反映了被測壓力的大小。 變隙電感式傳感器結(jié)構(gòu)圖第35頁/共55頁第三十六頁，共56頁。如圖所示為變隙差動(dòng)電感式壓力傳感器。它主要由C形彈簧管、銜鐵

23、、鐵芯和線圈等組成。當(dāng)被測壓力進(jìn)入C形彈簧管時(shí)，C形彈簧管產(chǎn)生變形，其自由端發(fā)生位移，帶動(dòng)與自由端連接成一體的銜鐵運(yùn)動(dòng)，使線圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等、 符號(hào)相反的變化，即一個(gè)電感量增大，另一個(gè)電感量減小。電感的這種變化通過電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出。由于(yuy)輸出電壓與被測壓力之間成比例關(guān)系，所以只要用檢測儀表測量出輸出電壓， 即可得知被測壓力的大小。變隙差動(dòng)電感式壓力(yl)傳感器第36頁/共55頁第三十七頁，共56頁。（二）差動(dòng)變壓器式傳感器的應(yīng)用（二）差動(dòng)變壓器式傳感器的應(yīng)用差動(dòng)變壓器式傳感器可以直接用于位移測量，也可差動(dòng)變壓器式傳感器可以直接用于位移測量，也可以測量與位移有關(guān)的

24、任何機(jī)械量，如振動(dòng)、加速度、應(yīng)以測量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如振動(dòng)、加速度、應(yīng)變、張力和厚度等。變、張力和厚度等。如下圖所示為差動(dòng)變壓器式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示如下圖所示為差動(dòng)變壓器式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。它由懸臂梁意圖。它由懸臂梁1和差動(dòng)變壓器和差動(dòng)變壓器2構(gòu)成。測量時(shí)，將懸構(gòu)成。測量時(shí)，將懸臂梁底座及差動(dòng)變壓器的線圈骨架固定，而將銜鐵的臂梁底座及差動(dòng)變壓器的線圈骨架固定，而將銜鐵的A端與被測振動(dòng)體相連。端與被測振動(dòng)體相連。 當(dāng)被測體帶動(dòng)銜鐵以當(dāng)被測體帶動(dòng)銜鐵以x(t)的規(guī)的規(guī)律振動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致差動(dòng)律振動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致差動(dòng)變壓器的輸出電壓也按相同變壓器的輸出電壓也按相同(xin tn)規(guī)律變化。規(guī)律

25、變化。 第37頁/共55頁第三十八頁，共56頁。差動(dòng)變壓器式加速度傳感器結(jié)構(gòu)(jigu)示意圖1懸臂梁；2差動(dòng)變壓器第38頁/共55頁第三十九頁，共56頁。（三）電渦流式傳感器的應(yīng)用（三）電渦流式傳感器的應(yīng)用（1）低頻透射式渦流厚度）低頻透射式渦流厚度(hud)傳感器傳感器如圖如圖 所示為透射式渦流厚度所示為透射式渦流厚度(hud)傳感器結(jié)構(gòu)原理傳感器結(jié)構(gòu)原理圖。圖。透射(tu sh)式渦流厚度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖第39頁/共55頁第四十頁，共56頁。（2）高頻(o pn)反射式渦流厚度傳感器 如圖 所示是高頻(o pn)反射式渦流測厚儀測試系統(tǒng)原理圖。高頻反射式渦流測厚儀測試(csh)系統(tǒng)原理圖

26、第40頁/共55頁第四十一頁，共56頁。（3）電渦流式轉(zhuǎn)速(zhun s)傳感器如圖 所示為電渦流式轉(zhuǎn)速(zhun s)傳感器工作原理圖。電渦流式轉(zhuǎn)速(zhun s)傳感器工作原理圖第41頁/共55頁第四十二頁，共56頁。（一）（一） 差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償?shù)姆椒?。了解差?dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償?shù)姆椒ā?.實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器差動(dòng)變壓器模塊、測微頭、通信接口（含上位機(jī)）、差差動(dòng)變壓器模塊、測微頭、通信接口（含上位機(jī)）、差動(dòng)變壓器、信號(hào)源、直流電源。動(dòng)變壓器、信號(hào)源、直流電源。3.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理由于差動(dòng)變壓器兩

27、只次級(jí)線圈的等效參數(shù)不對(duì)稱，初級(jí)由于差動(dòng)變壓器兩只次級(jí)線圈的等效參數(shù)不對(duì)稱，初級(jí)線圈的縱向排列不均勻性，次級(jí)線圈的不均勻、不一致性，線圈的縱向排列不均勻性，次級(jí)線圈的不均勻、不一致性，鐵芯的鐵芯的B-H特性非線性等，因此在鐵芯處于特性非線性等，因此在鐵芯處于(chy)差動(dòng)線差動(dòng)線圈圈中間位置時(shí)其輸出并不為零，稱其為零點(diǎn)殘余電壓。中間位置時(shí)其輸出并不為零，稱其為零點(diǎn)殘余電壓。第42頁/共55頁第四十三頁，共56頁。4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（1）安裝好差動(dòng)變壓器，利用上位機(jī)觀測并調(diào)整(tiozhng)音頻振蕩器“0”輸出為4 kHz ，2 V峰峰值；按如圖所示電路接線。（2）實(shí)驗(yàn)?zāi)KR1、C1、RW1、

28、RW2為電橋單元中調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。（3）用上位機(jī)監(jiān)測放大器輸出。（4）調(diào)整(tiozhng)測微頭，使放大器輸出信號(hào)最小。差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償(bchng)實(shí)驗(yàn)第43頁/共55頁第四十四頁，共56頁。（5）依次調(diào)整RW1、RW2，使上位機(jī)顯示的電壓輸出(shch)波形幅值降至最小。（6）此時(shí)上位機(jī)顯示即為零點(diǎn)殘余電壓的波形。（7）記下差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓值峰峰值（VP-P）。（注：這時(shí)的零點(diǎn)殘余電壓經(jīng)放大后的零點(diǎn)殘余電壓VP-PK，K為放大倍數(shù)）。（8）可以看出，經(jīng)過補(bǔ)償后的殘余電壓的波形是一不規(guī)則波形，這說明波形中有高頻成分存在。5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析經(jīng)過補(bǔ)償?shù)牧泓c(diǎn)殘余電壓(diny)波形。

29、第44頁/共55頁第四十五頁，共56頁。（二）差動(dòng)變壓器的應(yīng)用（二）差動(dòng)變壓器的應(yīng)用振動(dòng)測量實(shí)驗(yàn)振動(dòng)測量實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)變壓器測量振動(dòng)的方法了解差動(dòng)變壓器測量振動(dòng)的方法(fngf)。2.實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器振蕩器、差動(dòng)變壓器模塊、相敏檢波模塊、頻率振蕩器、差動(dòng)變壓器模塊、相敏檢波模塊、頻率/轉(zhuǎn)速表、振動(dòng)源、直流穩(wěn)壓電源。通信接口（含上位轉(zhuǎn)速表、振動(dòng)源、直流穩(wěn)壓電源。通信接口（含上位機(jī)軟件）。機(jī)軟件）。3.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理利用差動(dòng)變壓器測量動(dòng)態(tài)參數(shù)與測量位移的原理利用差動(dòng)變壓器測量動(dòng)態(tài)參數(shù)與測量位移的原理相同，不同的是輸出為調(diào)制信號(hào)要經(jīng)過檢波才能觀測相同，不同的是輸出為調(diào)制信號(hào)要經(jīng)過

30、檢波才能觀測到所測動(dòng)態(tài)參到所測動(dòng)態(tài)參數(shù)。數(shù)。第45頁/共55頁第四十六頁，共56頁。4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（1）將差動(dòng)變壓器安裝在三源板的振動(dòng)源單元上。（2）將差動(dòng)變壓器的輸入/輸出線連接(linji)到差動(dòng)變壓器模塊上，并按如圖所示接線。振動(dòng)(zhndng)測量實(shí)驗(yàn)電路第46頁/共55頁第四十七頁，共56頁。（3）檢查接線無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，用上位機(jī)觀察音頻振蕩器“0”輸出端信號(hào)峰-峰值(fn zh)，調(diào)整音頻振蕩器幅度旋鈕使VP-P=2 V。（4）用上位機(jī)觀察相敏檢波器輸出，調(diào)整傳感器連接支架高度，使上位機(jī)顯示的波形幅值為最小。用“緊定旋鈕”固定。（5）仔細(xì)調(diào)節(jié)RW1和RW2，使相敏檢

31、波器輸出波形幅值更小，基本為零點(diǎn)。用手按住振動(dòng)平臺(tái)（讓傳感器產(chǎn)生一個(gè)大位移）仔細(xì)調(diào)節(jié)移相器和相敏檢波器的旋鈕，使上位機(jī)顯示的波形為一個(gè)接近全波整流波形。松手后整流波形消失變?yōu)橐粭l接近零點(diǎn)線（否則再調(diào)節(jié)RW1和RW2）。第47頁/共55頁第四十八頁，共56頁。（6）振動(dòng)源“低頻輸入”接振蕩(zhndng)器“低頻輸出”，調(diào)節(jié)低頻輸出幅度旋鈕和頻率旋鈕，使振動(dòng)平臺(tái)振蕩(zhndng)較為明顯。分別用上位機(jī)軟件觀察放大器Uo1、相敏檢波器的Uo2及低通濾波器的Uo3的波形。（7）保持低頻振蕩(zhndng)器的幅度不變，改變振蕩(zhndng)頻率（頻率與輸出電壓VP-P的監(jiān)測方法與實(shí)驗(yàn)（一）相同）用上位機(jī)軟件觀察低通濾波器的輸出，讀出峰-峰電壓值，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，填入表中。實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(shyn)結(jié)果結(jié)果第48頁/共55頁第四十九頁，共56頁。5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(ji gu)作出梁的振幅-頻率特性曲線，指出自振頻率的大致值，并與用應(yīng)變片測出的結(jié)果(ji gu)相比較。（2）保持低頻振蕩器頻率不變，改變振蕩幅度，同樣實(shí)驗(yàn)可得到振幅與電壓峰-峰值VP-P曲線（定性）。6.注意事項(xiàng)低頻激振電壓幅值不要過大，以免梁在共振