梁森-電感傳感器

1、2022-1-111機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社中等職業(yè)教育電氣類規(guī)劃教材中等職業(yè)教育電氣類規(guī)劃教材 自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)第三章第三章多媒體課件200951 更新2022-1-112在這一章里，卡卡給大家介紹電感傳感器的類在這一章里，卡卡給大家介紹電感傳感器的類型、基本原理、特性和應用。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電感傳感器可以用于測量微小的位移以及與位移有關(guān)的工件尺寸、壓力等參數(shù)。移有關(guān)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感器通

2、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，故常稱為差動了變壓器原理，又往往做成差動式，故常稱為差動變壓器。變壓器。電感傳感器屬于接觸式測量，需要電感傳感器屬于接觸式測量，需要較大的驅(qū)動力。它的最大特點是分辨較大的驅(qū)動力。它的最大特點是分辨力高，可達力高，可達0.1m。第三章第三章 電感傳感器電感傳感器第一節(jié)第一節(jié) 自感傳感器自感傳感器 電感傳感器種類很多，可分為自感式和互感電感傳感器種類很多，可分為自感式和互感量式兩大類。人們習慣上講量式兩大類。人們習慣上講電感傳感器電感傳感器通常通常是是指自感傳感器指自感傳感器。2022-1-114為了觀察鐵心氣隙與電感的關(guān)系，我

3、們先來做為了觀察鐵心氣隙與電感的關(guān)系，我們先來做一個實驗。將一只一個實驗。將一只380V交流接觸器線圈與交流毫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安表串聯(lián)后，接到機床用控制變壓器的36V交流電交流電壓源上，如圖壓源上，如圖3-1所示。這時毫安表的示值約為幾所示。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。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。的讀數(shù)只剩下十幾毫安。

4、小小 實實 驗驗電感傳感器的基本工作電感傳感器的基本工作原理演示原理演示F F220V準備工作準備工作電感傳感器的基本工作電感傳感器的基本工作原理演示原理演示氣隙變小，電感變大，電流變小氣隙變小，電感變大，電流變小F F2022-1-117 由電工知識可知，當鐵心的氣隙較大時，由電工知識可知，當鐵心的氣隙較大時，磁路的磁阻磁路的磁阻R Rm m較大，線圈的電感量較大，線圈的電感量L L和感抗和感抗X XL L就較小，所以電流就較小，所以電流I I較大。較大。 當鐵心閉合時，磁阻變小、電感變大，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電流減小。我們可以利用上述實驗

5、中自感量隨氣隙而改變的原理來制作測量位移的自感隨氣隙而改變的原理來制作測量位移的自感傳感器傳感器 ?；仡櫯c總結(jié)回顧與總結(jié)(3 1)2LUUUIZXfL自感式電感傳感器常見的形式自感式電感傳感器常見的形式 變隙式變隙式 變截面式變截面式 螺線管式螺線管式 1線圈 2鐵心 3銜鐵 4測桿 5導軌 6工件 7轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸電感傳感器的銜鐵電感傳感器的銜鐵較重，響應較慢，較重，響應較慢，不宜用于快速動態(tài)不宜用于快速動態(tài)測量測量。小小 貼貼 士士單線圈螺線管式電感傳感器的結(jié)構(gòu)如圖單線圈螺線管式電感傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3-2c所示。所示。主要元件是一只螺線管和一根柱形銜鐵。傳感器工主要元件是一只螺線管和一根柱形銜鐵。

6、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。電感量電感量的變化。電感量L在幾毫米的范圍內(nèi)與銜鐵在幾毫米的范圍內(nèi)與銜鐵插入深度插入深度l1大致成正比。測量范圍越大，分辨力越大致成正比。測量范圍越大，分辨力越低。低。最常用的電感傳感器最常用的電感傳感器螺線管式電感傳感器螺線管式電感傳感器2022-1-1110 在模擬電子學中，采用兩個參數(shù)完全相同的三在模擬電子學中，采用兩個參數(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。不穩(wěn)定等外界因數(shù)引起的輸出

7、電壓漂移?；仡櫼幌禄仡櫼幌律鲜錾鲜? 3種電感傳感器使用時，由于線圈中通有交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。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(gòu)成差動式電感傳感器，線圈共用一根活動銜鐵，構(gòu)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。既可以提高傳感器的靈敏度，又可以減小測量誤差。差動

8、式電感傳感器的結(jié)構(gòu)如圖差動式電感傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3-33-3所示。所示。 當銜鐵偏離中間位當銜鐵偏離中間位置時，兩個線圈的電感置時，兩個線圈的電感量一個量一個增加增加，一個減小一個減小，形成形成差動形式差動形式。 差動電感傳感器的特點差動電感傳感器的特點 1-1-差動線圈差動線圈 2-2-鐵心鐵心 3-3-銜鐵銜鐵 4-4-測桿測桿 5-5-工件工件 差動式電感傳感器差動式電感傳感器對外界影響，如對外界影響，如溫度的溫度的變化、電源頻率的變化變化、電源頻率的變化等基本上可以互相抵消，等基本上可以互相抵消，銜鐵承受的銜鐵承受的電磁吸力也電磁吸力也較小較小，從而減小了測量，從而減小了測量誤差。誤差

9、。差動電感傳感器的特性差動電感傳感器的特性 曲線曲線1、2為為L1、L2 的特性，的特性，3為差動特性為差動特性 請分析：請分析： 從曲線圖可以看出，從曲線圖可以看出，與與非差動非差動電感傳感器相電感傳感器相比較，差動式電感傳感比較，差動式電感傳感器的器的靈敏度靈敏度、線性度線性度有有何變化？何變化？2022-1-1113測量轉(zhuǎn)換電路測量轉(zhuǎn)換電路 測量轉(zhuǎn)換電路的作用是將電感量的變化測量轉(zhuǎn)換電路的作用是將電感量的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，以便用儀表指示轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，以便用儀表指示出來。出來。但若僅但若僅采用電橋電路和普通的檢波電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

10、法判別輸路，則只能判別位移的大小，卻無法判別輸出的出的相位和位移的方向相位和位移的方向。 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，則不但可以反映能判別相位的檢波電路，則不但可以反映幅值幅值（位移的大小）（位移的大?。€可以反映輸出電壓的，還可以反映輸出電壓的相位相位（位移的方向）（位移的方向）。這種檢波電路稱為。這種檢波電路稱為相敏檢波相敏檢波電路電路。普通的全波整流電路及波形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，不能反映輸只能得到單一方向的直流電，不能反映輸入信號的相位。入信號的相位。相敏檢波相敏檢波輸出特性曲線輸出

11、特性曲線a）非相敏檢波）非相敏檢波 b）相敏檢波）相敏檢波1理想特性曲線理想特性曲線 2實際特性曲線實際特性曲線 實測得到的實測得到的 相敏檢波電路相敏檢波電路的特性曲線的特性曲線 通過調(diào)零通過調(diào)零電路，可使輸電路，可使輸出曲線平移到出曲線平移到原點。原點。標定位移時的實驗數(shù)據(jù)及曲線標定位移時的實驗數(shù)據(jù)及曲線第二節(jié)第二節(jié) 差動變壓器傳感器差動變壓器傳感器 復習電工知識：復習電工知識： 全波全波整流電路整流電路中用到的中用到的“單相變壓器單相變壓器”有有一個一次線圈一個一次線圈，有，有兩個二次線圈兩個二次線圈。 當一次線圈加上交流激磁電壓當一次線圈加上交流激磁電壓U Ui i后，后，將在二次線圈

12、中產(chǎn)生感應電壓將在二次線圈中產(chǎn)生感應電壓U UO O。在全波整流。在全波整流電路中，電路中，兩個二次線圈串聯(lián)兩個二次線圈串聯(lián)，總電壓等于，總電壓等于兩個兩個二次線圈的電壓之和二次線圈的電壓之和。普通的全波整流電路及波形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，不能反映輸只能得到單一方向的直流電，不能反映輸入信號的相位。入信號的相位。 請將請將單相變壓器的單相變壓器的二次線圈二次線圈N21、N22的有關(guān)端點按的有關(guān)端點按全波整流電路全波整流電路的要求的要求正確地正確地連接起來。連接起來。 請將請將單相變壓器的單相變壓器的二次線圈二次線圈N21、N22的有關(guān)端點按的有關(guān)端點按全波整

13、流電路全波整流電路的要求的要求正確地正確地連接起來。連接起來。Uo10V10V=20V差動變壓器的工作原理差動變壓器的工作原理 差動變壓器是把差動變壓器是把被測位移量被測位移量轉(zhuǎn)換為一次線轉(zhuǎn)換為一次線圈與二次線圈間的圈與二次線圈間的互感量互感量M的變化的變化的裝置。由的裝置。由于兩個二次線圈采用差動接法，故稱為差動變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(jié)構(gòu)型式是螺線管式壓器。目前應用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式是螺線管式差動變壓器。差動變壓器。 在差動變壓器的線框上繞有一組輸入線圈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（稱一次線圈）；在同一線框的上端上端

14、和和下端下端再再繞制兩組繞制兩組完全對稱的線圈完全對稱的線圈（稱二次線圈），它（稱二次線圈），它們們反向串聯(lián)反向串聯(lián)，組成，組成差動輸出差動輸出形式。圖中標有黑形式。圖中標有黑點的一端稱為點的一端稱為同名端同名端，通俗的說法是指線圈的，通俗的說法是指線圈的“頭頭”。 差動變壓器式傳感器的等效電路及接線差動變壓器式傳感器的等效電路及接線 結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： 兩個二次線圈兩個二次線圈反向串聯(lián)，組成反向串聯(lián)，組成差動輸出形式。差動輸出形式。 請將二次請將二次線圈線圈N21、N22的的有關(guān)端點正確地有關(guān)端點正確地連接起來，并指連接起來，并指出哪兩個為輸出出哪兩個為輸出端點。端點。uo= u21-u2

15、2靈敏度與線性度靈敏度與線性度 差動變壓器的靈敏度一般可達差動變壓器的靈敏度一般可達0.55V/mm，行程越小，靈敏度越高。行程越小，靈敏度越高。 為了提高靈敏度，勵磁電壓在為了提高靈敏度，勵磁電壓在10V左右左右為為宜。電源頻率以宜。電源頻率以110kHz為好。為好。 差動變壓器線性范圍約為線圈骨架長度的差動變壓器線性范圍約為線圈骨架長度的1/10左右左右。 例：欲測量例：欲測量120mm 2mm軸的直徑誤差，應選擇軸的直徑誤差，應選擇線圈骨架長度為多少的差動變壓器（或電感傳感線圈骨架長度為多少的差動變壓器（或電感傳感器）為宜器）為宜 ？答：線圈骨架長度約為被測變化量的答：線圈骨架長度約為被

16、測變化量的1010倍左右，選倍左右，選2mm2mm2=40mm2=40mm。測量電路測量電路 （以（以差動整差動整流流為例）為例）1、2虛焊，虛焊，Ua o、 Ub o將變成什么波形？將變成什么波形？ 圖中的圖中的R P起什起什么作用？么作用？測量電路測量電路 （以（以差動整差動整流流為例）為例）1、2虛焊，虛焊，Ua o、 Ub o將變成什么波形？將變成什么波形？ 圖中的圖中的R P起什起什么作用？么作用？第三節(jié)第三節(jié) 電感式傳感器的應用電感式傳感器的應用 一、位移測量位移測量 軸向式軸向式電感測微電感測微器的外形器的外形 航空插頭航空插頭紅寶石測頭紅寶石測頭其他電感測微頭其他電感測微頭模擬

17、式及數(shù)字模擬式及數(shù)字式電感測微儀式電感測微儀軸向式電感測微器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)軸向式電感測微器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 11引線電纜引線電纜 22固定磁筒固定磁筒 33銜鐵銜鐵 44線圈線圈 55測力彈簧測力彈簧 66防轉(zhuǎn)銷防轉(zhuǎn)銷 77鋼球?qū)к墸ㄖ本€軸承）鋼球?qū)к墸ㄖ本€軸承） 88測桿測桿 99密封套密封套 1010測端測端 1111被測工件被測工件 1212基準面基準面 電感式滾柱直徑分選裝置電感式滾柱直徑分選裝置 滾柱直徑分選裝置圖滾柱直徑分選裝置圖 11氣缸氣缸 22活塞活塞 33推桿推桿 44被測滾柱被測滾柱 55落料管落料管 66電感測微器電感測微器 77鎢鋼測頭鎢鋼測頭 88限位擋板限位擋板 99電磁翻

18、板電磁翻板 1010容器（料斗）容器（料斗） 電感式滾柱直徑分選裝置電感式滾柱直徑分選裝置 測微儀測微儀圓柱滾子圓柱滾子電感式滾柱直徑分選裝置電感式滾柱直徑分選裝置（外形）（外形） 滑道滑道分選分選倉位倉位軸承滾子外形軸承滾子外形（參考中原量儀股份有限公司資料）（參考中原量儀股份有限公司資料）電感式滾柱直徑電感式滾柱直徑分選裝置分選裝置外形外形落料振動臺落料振動臺滑道滑道11個分選倉位個分選倉位（參考無錫市通達滾（參考無錫市通達滾子有限公司資料）子有限公司資料）廢料倉廢料倉電感式滾柱直徑分選裝置（電感式滾柱直徑分選裝置（機械結(jié)構(gòu)放大）機械結(jié)構(gòu)放大）汽缸汽缸控制鍵盤控制鍵盤直徑測微裝置直徑測微裝

19、置長度測微裝置長度測微裝置滑道滑道機械及氣動元件機械及氣動元件電感測微器電感測微器汽缸汽缸 氣水分離器氣水分離器（供氣三聯(lián)件）（供氣三聯(lián)件）儲氣罐儲氣罐導氣管導氣管 氣壓表氣壓表（0.4MPa左右）左右）電感式滾柱直徑分選界面電感式滾柱直徑分選界面 分選分選結(jié)果基本結(jié)果基本符合符合 正態(tài)分布正態(tài)分布差動變壓器式厚度測量原理差動變壓器式厚度測量原理 電感式不圓度計原理電感式不圓度計原理 該圓度計采用該圓度計采用旁向式電感測微頭旁向式電感測微頭電感式不圓度測試系統(tǒng)電感式不圓度測試系統(tǒng)旁向式電感測微頭旁向式電感測微頭電感式不圓度測量系統(tǒng)外形電感式不圓度測量系統(tǒng)外形（參考（參考洛陽匯智測控技術(shù)有限公司

20、資料）洛陽匯智測控技術(shù)有限公司資料）旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)盤測量頭測量頭不圓度測量打印不圓度測量打印電感式輪廓儀電感式輪廓儀 旁向式旁向式電感電感 測微頭測微頭壓力測量壓力測量 1壓力輸入接頭壓力輸入接頭 2波紋膜盒波紋膜盒 3電纜電纜 4印制線路板印制線路板 5差動線圈差動線圈 6銜鐵銜鐵 7電源變壓器電源變壓器 8罩殼罩殼 9指示燈指示燈 10密封隔板密封隔板 11安裝底座安裝底座壓力測量壓力測量 1壓力輸入接頭壓力輸入接頭 2波紋膜盒波紋膜盒 3電纜電纜 4印制線路板印制線路板 5差動線圈差動線圈 6銜鐵銜鐵 7電源變壓器電源變壓器 8罩殼罩殼 9指示燈指示燈 10密封隔板密封隔板 11安裝底座安裝

21、底座一次儀表與一次儀表與 420mA二線制輸出方式二線制輸出方式 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)中被稱為路組合在一個殼體中，這在工業(yè)中被稱為一一次儀表次儀表。 一次儀表的輸出信號可以是一次儀表的輸出信號可以是電壓電壓，也可，也可以是以是電流電流。由于。由于電流信號不易受干擾，且便電流信號不易受干擾，且便于遠距離傳輸于遠距離傳輸（可以不考慮線路壓降），所（可以不考慮線路壓降），所以在一次儀表中多采用以在一次儀表中多采用電流輸出型電流輸出型。420mA二線制輸出方式二線制輸出方式 新的國家標準規(guī)定電流輸出為新的國家標準規(guī)定電流輸出為

22、4 420mA20mA；電壓輸電壓輸出為出為1 15V5V( (舊國標為舊國標為0 010mA10mA或或02V)02V)。4mA4mA對應于零對應于零輸入，輸入，20mA20mA對應于滿度輸入。對應于滿度輸入。 不讓信號占有不讓信號占有0 04mA4mA這一范圍的原因，一方面是這一范圍的原因，一方面是有利于判斷線路故障（開路）或儀表故障；另一方面，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，總的耗電還不到還不到4mA4mA，因此還能利用，因此還能利用0 04mA4mA這一部分這一部分“本底本底”電流電流”

23、為一次儀表的內(nèi)部電路提供工作電流，使一次為一次儀表的內(nèi)部電路提供工作電流，使一次儀表成為兩線制儀表。儀表成為兩線制儀表。 420mA二線制輸出方式二線制輸出方式 所謂二線制儀表是指儀表與外界的聯(lián)系所謂二線制儀表是指儀表與外界的聯(lián)系只需只需兩根導線兩根導線。多數(shù)情況下，多數(shù)情況下，其中一根其中一根（紅（紅色）為色）為+24V+24V電源線電源線，另一根，另一根（黑色）既作為（黑色）既作為電源負極引線，又作為信號傳輸線電源負極引線，又作為信號傳輸線。在信號。在信號傳輸線的末端通過一只傳輸線的末端通過一只標準負載電阻（也稱標準負載電阻（也稱取樣電阻）接地取樣電阻）接地（也就是電源負極），將（也就是電源負極