項(xiàng)目三電感式傳感器學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第一頁(yè)，共60頁(yè)。第1頁(yè)/共59頁(yè)第二頁(yè)，共60頁(yè)。第2頁(yè)/共59頁(yè)第三頁(yè)，共60頁(yè)。自感(z n)式傳感器結(jié)構(gòu)圖第3頁(yè)/共59頁(yè)第四頁(yè)，共60頁(yè)。自感式傳感器的工作(gngzu)原理示意圖第4頁(yè)/共59頁(yè)第五頁(yè)，共60頁(yè)。當(dāng)線圈匝數(shù)N為常數(shù)時(shí)，電感L僅僅是磁路(c l)中磁阻的函數(shù)，只要改變 或S均可導(dǎo)致電感變化。因此變磁阻式傳感器又可分為變氣隙 厚度的傳感器和變氣隙面積S的傳感器。變氣隙式自感(z n)傳感器結(jié)構(gòu)線圈鐵心銜鐵由于(yuy)可得：磁路的總磁阻可表示為：近似計(jì)算出線圈的電感量為：第5頁(yè)/共59頁(yè)第六頁(yè)，共60頁(yè)。(z n)第6頁(yè)/共59頁(yè)第七頁(yè)，共60頁(yè)。變面積(min

2、 j)式自感傳感器：靈敏度為：由于漏感等原因，其線性區(qū)范圍較小，靈敏度也較低，因此，在工業(yè)(gngy)中應(yīng)用得不多。銜鐵鐵芯線圈變面積式自感(z n)傳感器結(jié)構(gòu)第7頁(yè)/共59頁(yè)第八頁(yè)，共60頁(yè)。lrx2ra線圈銜鐵螺管型電感(din n)傳感器螺管式自感(z n)傳感器：傳感器工作時(shí)，銜鐵在線圈中伸入長(zhǎng)度的變化將引起螺管線圈電感(din n)量的變化。對(duì)于長(zhǎng)螺管線圈lr，當(dāng)銜鐵工作在螺管的中部時(shí)，可以認(rèn)為線圈內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度是均勻的，線圈電感(din n)量L與銜鐵的插入深度l大致上成正比。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，靈敏度較低，適用于測(cè)量較大的位移量。第8頁(yè)/共59頁(yè)第九頁(yè)，共60頁(yè)。第9頁(yè)/共

3、59頁(yè)第十頁(yè)，共60頁(yè)。第10頁(yè)/共59頁(yè)第十一頁(yè)，共60頁(yè)。(a)變氣隙式； （b）變面積(min j)式； （c）螺管式差動(dòng)式自感傳感器第11頁(yè)/共59頁(yè)第十二頁(yè)，共60頁(yè)。變氣隙式差動(dòng)式自感(z n)傳感器結(jié)構(gòu)剖面圖第12頁(yè)/共59頁(yè)第十三頁(yè)，共60頁(yè)。自感系數(shù)(z n x sh)特性曲線圖第13頁(yè)/共59頁(yè)第十四頁(yè)，共60頁(yè)。差動(dòng)式與單線圈電感式傳感器相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）線性度高。（2）靈敏度高，即銜鐵位移相同時(shí)，輸出信號(hào)大一倍。（3）溫度(wnd)變化、電源波動(dòng)、外界干擾等對(duì)傳感器精度的影響，由于能互相抵消而減小。（4）電磁吸力對(duì)測(cè)力變化的影響也由于能相互抵消而減小。第14頁(yè)/

4、共59頁(yè)第十五頁(yè)，共60頁(yè)。第15頁(yè)/共59頁(yè)第十六頁(yè)，共60頁(yè)。變壓器電橋(din qio)變壓器式電橋如圖所示，它的平衡臂為變壓器的兩個(gè)二次側(cè)繞組，當(dāng)負(fù)載(fzi)阻抗無(wú)窮大時(shí)輸出電壓為： UU/2U/2U0Z1Z2當(dāng)銜鐵下移時(shí)，Z1=Z-Z，Z2=Z+Z，則有：同理，當(dāng)銜鐵上移時(shí)，有：當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，L1=L2=L0，Z1=Z2=Z0，此時(shí)橋路平衡，輸出電壓U0=0。輸出電壓反映了傳感器線圈阻抗的變化，由于是交流信號(hào)，實(shí)際上無(wú)法判別輸出的相位和位移的方向。第16頁(yè)/共59頁(yè)第十七頁(yè)，共60頁(yè)。帶相敏整流的電橋(din qio)電路輸出電壓經(jīng)相敏檢波(jinb)可以反映出位移的大小和

5、方向。VD4VVD1VD2VD3R1R2U0UZ1Z2當(dāng)差動(dòng)式自感電感傳感器處于中間位置時(shí)，Z1=Z2=Z，輸出電壓U0為零。當(dāng)銜鐵移動(dòng)使Z1增加，則Z2減小，當(dāng)電源U上正下負(fù)時(shí)，電阻R2上的壓降大于R1上的壓降。第17頁(yè)/共59頁(yè)第十八頁(yè)，共60頁(yè)。帶相敏整流的電橋(din qio)電路VD4VVD1VD2VD3R1R2U0UZ1Z2當(dāng)電源U下正上負(fù)時(shí)，電阻R1上的壓降大于R2上的壓降，則電壓表有輸出(shch)，輸出(shch)電壓下正上負(fù)。反之，當(dāng)Z2增加，Z1減小時(shí)，U上正下負(fù)，R1上壓降大于R2上壓降。U上負(fù)下正時(shí)(zhn sh)，R2上壓降大于R1上壓降，電壓表也有輸出，輸出電壓上

6、正下負(fù)。第18頁(yè)/共59頁(yè)第十九頁(yè)，共60頁(yè)。 調(diào)頻電路的基本原理是：傳感器電感的變化引起(ynq)輸出電壓頻率f的變化。一般把傳感器電感線圈L和一個(gè)固定電容C接入一個(gè)振蕩電路中，其振蕩頻率為： 當(dāng)L變化時(shí)，振蕩頻率隨之變化，根據(jù)f的大小(dxio)即可測(cè)出被測(cè)量的值。 f和L的特性曲線具有嚴(yán)重的非線性關(guān)系，要求后續(xù)電路做適當(dāng)線性化處理。第19頁(yè)/共59頁(yè)第二十頁(yè)，共60頁(yè)。 調(diào)相電路的基本原理是，傳感器電感的變化將引起輸出(shch)電壓相位 的變化。第20頁(yè)/共59頁(yè)第二十一頁(yè)，共60頁(yè)。1.電感式滾柱直徑(zhjng)分選裝置電感式滾柱直徑(zhjng)分選裝置實(shí)物第21頁(yè)/共59頁(yè)第二

7、十二頁(yè)，共60頁(yè)。電感式滾柱直徑(zhjng)分選裝置結(jié)構(gòu)原理第22頁(yè)/共59頁(yè)第二十三頁(yè)，共60頁(yè)。變氣隙式差動(dòng)電感(din n)壓力傳感器第23頁(yè)/共59頁(yè)第二十四頁(yè)，共60頁(yè)。第24頁(yè)/共59頁(yè)第二十五頁(yè)，共60頁(yè)。第25頁(yè)/共59頁(yè)第二十六頁(yè)，共60頁(yè)。壓器，通?？蓽y(cè)到幾秒的微小位壓器，通?？蓽y(cè)到幾秒的微小位移。移。非電量測(cè)量中，應(yīng)用最多的是螺線非電量測(cè)量中，應(yīng)用最多的是螺線式差動(dòng)變壓器，它可以測(cè)量范圍式差動(dòng)變壓器，它可以測(cè)量范圍內(nèi)的機(jī)械位移，并具有測(cè)量精度內(nèi)的機(jī)械位移，并具有測(cè)量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)?？煽康葍?yōu)點(diǎn)。第26頁(yè)/共59頁(yè)第二

8、十七頁(yè)，共60頁(yè)。(e)、(f) 變截面(jimin)式差動(dòng)變壓器 (a)、(b) 變間隙(jin x)式差動(dòng)變壓器(c)、(d) 螺線管式差動(dòng)變壓器第27頁(yè)/共59頁(yè)第二十八頁(yè)，共60頁(yè)。第28頁(yè)/共59頁(yè)第二十九頁(yè)，共60頁(yè)。螺管型差動(dòng)變壓器根據(jù)初、次級(jí)排列不同有二節(jié)式、三節(jié)式、四節(jié)式和五節(jié)(w ji)式等形式。圖4.12 差動(dòng)變壓器線圈各種( zhn)排列形式1 一次線圈；2 二次線圈；3 銜鐵(a) 二節(jié)式 (b) 三節(jié)(snji)式 (c) 四節(jié)式 (d) 五節(jié)式31121 2112212123三節(jié)式的零點(diǎn)電位較小，二節(jié)式比三節(jié)式靈敏度高、線性范圍大，四節(jié)式和五節(jié)式改善了傳感器線性度

9、。第29頁(yè)/共59頁(yè)第三十頁(yè)，共60頁(yè)。三段式螺管差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)(jigu)示意圖 將兩個(gè)匝數(shù)相等的次級(jí)繞組的同名端反向串聯(lián)，當(dāng)初級(jí)繞組加以激磁電壓時(shí)，根據(jù)變壓器的作用原理在兩個(gè)次級(jí)繞組和中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì); 如果工藝上保證變壓器結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，則當(dāng)活動(dòng)銜鐵處于初始平衡位置時(shí)，輸出電壓為零。 當(dāng)活動(dòng)銜鐵向某一個(gè)次級(jí)線圈方向移動(dòng)時(shí)，則該次級(jí)線圈內(nèi)磁通增大(zn d)，使其感應(yīng)電勢(shì)增加，差動(dòng)變壓器有輸出電壓，其數(shù)值反映了活動(dòng)銜鐵的位移。第30頁(yè)/共59頁(yè)第三十一頁(yè)，共60頁(yè)。差動(dòng)變壓器的等效電路U1L21U2L22E22E21R22R21R1M1M2螺線管式差動(dòng)變壓器等效電路如圖，二次線圈開路(ki

10、l)時(shí)，一次線圈的電流為：二次繞組(roz)的感應(yīng)動(dòng)勢(shì)為為：其有效值為：輸出阻抗(sh ch z kn)為：第31頁(yè)/共59頁(yè)第三十二頁(yè)，共60頁(yè)。三段式螺管差動(dòng)變壓輸出電壓(diny)曲線如圖所示。差動(dòng)變壓器輸出(shch)電壓曲線第32頁(yè)/共59頁(yè)第三十三頁(yè)，共60頁(yè)。 差動(dòng)變壓器的輸出電壓是調(diào)幅波，為辨別銜鐵的移動(dòng)方向，要進(jìn)行解調(diào)。常用解調(diào)電路有：差動(dòng)相敏檢波與差動(dòng)整流電路。采用解調(diào)電路還可以消除零位電壓。 1.差動(dòng)相敏檢波電路 差動(dòng)相敏檢波的形式(xngsh)很多，相敏檢波電路要求參考電壓與差動(dòng)變壓器次級(jí)輸出電壓的頻率相同，相位相同或相反；因此常接入移相電路。為了提高檢波效率，參考電壓

11、幅值取為信號(hào)的。第33頁(yè)/共59頁(yè)第三十四頁(yè)，共60頁(yè)。移相器RP第34頁(yè)/共59頁(yè)第三十五頁(yè)，共60頁(yè)。2.差動(dòng)整流電路 差動(dòng)整流電路簡(jiǎn)單，不需參考電壓，不需要考慮相位調(diào)整和零位(ln wi)電壓影響，對(duì)感應(yīng)和分布電容影響不敏感。經(jīng)差動(dòng)整流后變成直流輸出便于遠(yuǎn)距離輸送。第35頁(yè)/共59頁(yè)第三十六頁(yè)，共60頁(yè)。全波整流(zhngli)電路和波形圖(a)e1RRcabhgfdeUSC銜鐵在零位以下eabttteabttteabtecdtUSCtecdUSCUSCecd銜鐵在零位以上銜鐵在零位(b)第36頁(yè)/共59頁(yè)第三十七頁(yè)，共60頁(yè)。差動(dòng)整流(zhngli)電路根據(jù)半導(dǎo)體二級(jí)管單向?qū)ㄔ磉M(jìn)行

12、解調(diào)的。如傳感器的一個(gè)次級(jí)線圈的輸出瞬時(shí)電壓極性，在f點(diǎn)為“”，e點(diǎn)為“”，則電流路徑是fgdche（參看圖a）。反之，如f點(diǎn)為“”，e點(diǎn)為“”，則電流路徑是ehdcgf?？梢?，無(wú)論次級(jí)線圈的輸出瞬時(shí)電壓極性如何，通過(guò)電阻R的電流總是從d到c。同理可分析另一個(gè)次級(jí)線圈的輸出情況。輸出的電壓波形見圖（b），其值為USC=eabecd。第37頁(yè)/共59頁(yè)第三十八頁(yè)，共60頁(yè)。u差動(dòng)變壓器式傳感器可以直接用于位移測(cè)量，也可測(cè)量與位移有關(guān)的任何機(jī)械(jxi)量，如力、力矩、壓力、壓差、振動(dòng)、加速度、應(yīng)變、液位等。 u1.力和力矩的測(cè)量差動(dòng)變壓器式力傳感器第38頁(yè)/共59頁(yè)第三十九頁(yè)，共60頁(yè)。2.壓力

13、(yl)測(cè)量將差動(dòng)變壓器和彈性敏感元件（膜片、膜盒和彈簧(tnhung)管等）相結(jié)合，可以組成各種形式的壓力傳感器。這種變送器可分檔測(cè)量(cling)(51056105)N/m2壓力，輸出信號(hào)電壓為(050)mV，精度為1.5級(jí)。220V1接頭 2 膜盒 3 底座 4 線路板 5 差動(dòng)變壓器 6 銜鐵 7 罩殼V振蕩器穩(wěn)壓電源差動(dòng)變壓器相敏檢波電路1234567第39頁(yè)/共59頁(yè)第四十頁(yè)，共60頁(yè)。3.加速度傳感器 用于測(cè)定振動(dòng)物體的頻率和振幅時(shí)其激勵(lì)頻率必須是振動(dòng)頻率的十倍以上，才能得到精確的測(cè)量(cling)結(jié)果。可測(cè)量(cling)的振幅為(0.15)mm，振動(dòng)頻率為(0150)Hz。穩(wěn)

14、壓電源振蕩器檢波器濾波器(b)(a)220V加 速 度 a 方 向(fngxing)a輸 出(shch)1211 彈性支承 2 差動(dòng)變壓器第40頁(yè)/共59頁(yè)第四十一頁(yè)，共60頁(yè)。量程范圍為量程范圍為300m800mm。第41頁(yè)/共59頁(yè)第四十二頁(yè)，共60頁(yè)。電渦流(wli)式傳感器示意圖第42頁(yè)/共59頁(yè)第四十三頁(yè)，共60頁(yè)。根據(jù)(gnj)等效電路列出電路方程組為：可得傳感器的等效(dn xio)阻抗為：傳感器的等效(dn xio)電感為：電渦流傳感器等效電路圖MR1R2L2L1U1I1I2第43頁(yè)/共59頁(yè)第四十四頁(yè)，共60頁(yè)。電渦流(wli)傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第44頁(yè)/共59頁(yè)第四十五頁(yè)，共

15、60頁(yè)。電渦流(wli)傳感器實(shí)物圖第45頁(yè)/共59頁(yè)第四十六頁(yè)，共60頁(yè)。調(diào)幅式電路(dinl)結(jié)構(gòu)第46頁(yè)/共59頁(yè)第四十七頁(yè)，共60頁(yè)。調(diào)頻式電路(dinl)的結(jié)構(gòu) 當(dāng)電渦流線圈與被測(cè)體的距離x改變時(shí)，電渦流線圈的電感量L也隨之改變，引起LC振蕩器的輸出頻率變化，此頻率可直接用計(jì)算機(jī)測(cè)量。 如果要用模擬儀表進(jìn)行顯示或記錄時(shí)，必須使用鑒頻器，將 轉(zhuǎn)換(zhunhun)為電壓 。第47頁(yè)/共59頁(yè)第四十八頁(yè)，共60頁(yè)。通過(guò)勵(lì)磁線圈，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；通過(guò)勵(lì)磁線圈，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的電渦流，在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的電渦流，使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)的食使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)的食物。

16、物。第48頁(yè)/共59頁(yè)第四十九頁(yè)，共60頁(yè)。電磁爐工作(gngzu)示意圖電磁爐內(nèi)部(nib)勵(lì)磁線圈第49頁(yè)/共59頁(yè)第五十頁(yè)，共60頁(yè)。電渦流(wli)探雷器的實(shí)物圖第50頁(yè)/共59頁(yè)第五十一頁(yè)，共60頁(yè)。電感式接近開關(guān)的原理(yunl)框圖第51頁(yè)/共59頁(yè)第五十二頁(yè)，共60頁(yè)。電渦流接近(jijn)開關(guān)實(shí)物第52頁(yè)/共59頁(yè)第五十三頁(yè)，共60頁(yè)。電渦流接近開關(guān)的接線(ji xin)方式第53頁(yè)/共59頁(yè)第五十四頁(yè)，共60頁(yè)。低頻透射式渦流傳感器多用于測(cè)定材料厚度。發(fā)射線圈W1和接收線圈W2分別放在被測(cè)材料G的上下，低頻電壓e1加到線圈W1的兩端后，在周圍空間產(chǎn)生一交變磁場(chǎng)，并在被測(cè)材料

17、G中產(chǎn)生渦流i，此渦流損耗了部分能量，使貫穿W2的磁力線減少，從而使W2產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)e2減小。 e2的大小與G的厚度及材料性質(zhì)有關(guān)，實(shí)驗(yàn)證明(zhngmng)，e2隨材料厚度h增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減小。因而按e2的變化便可測(cè)得材料的厚度。第54頁(yè)/共59頁(yè)第五十五頁(yè)，共60頁(yè)。高頻(lMHz)激勵(lì)電流，產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)作用于金屬板的表面，由于集膚效應(yīng)，在金屬板表面將形成渦電流。與此同時(shí)，該渦流(wli)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)又反作用于線圈，引起線圈自感L或阻抗ZL的變化，其變化與距離、金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率、激勵(lì)電流i，及角頻率等有關(guān)，若只改變距離而保持其他系數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈自感的變化，通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出。高頻反射式渦流(wli)傳感器多用于位移測(cè)量。 第55頁(yè)/共59頁(yè)第五十六頁(yè)，共60頁(yè)。a)徑向振動(dòng)(zhndng)測(cè)量 b)軸心軌跡(guj)測(cè)量 第56頁(yè)/共59頁(yè)第五十七頁(yè)，共60頁(yè)。c)轉(zhuǎn)速(zhun s)測(cè)量 d)穿透(chun tu)式測(cè)厚 第57頁(yè)/共59頁(yè)第五十八頁(yè)，共60頁(yè)。e)零件(ln jin)計(jì)數(shù)