第六講 電感式傳感器課件

1、第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器目錄1電感電感傳感器測量電路傳感器測量電路23電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性4小結(jié)小結(jié)電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.11.1 工作原理工作原理氣隙變小，電感變大，電流變小氣隙變小，電感變大，電流變小2LUUUIZXfL20 2WALW：線圈匝數(shù)；A ：氣隙的有效截面積0 ：真空磁導(dǎo)率；：氣隙。 線性關(guān)系？線性關(guān)系？第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性 待測量待測量磁路磁阻磁阻變化線圈電感電感(L(L/M)變化U

2、/I/F常用來檢測位移位移、振動振動、力力、應(yīng)變應(yīng)變、流量流量、比重比重等； 結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、壽命長、性能良好、寬范圍；按轉(zhuǎn)換原理可分為：1.11.1 工作原理工作原理按磁路幾何參數(shù)磁路幾何參數(shù)變化分 變間隙式 變面積式 螺管式第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.11.1 工作原理工作原理第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.21.2 自感式傳感器自感式傳感器- - 帶氣隙的鐵心線圈變間隙型電感傳感器變間隙型電感傳感器(1) 變間隙式變間隙式自感傳感器mRWL2W 為線圈匝數(shù)；Rm為磁

3、路總磁阻。1212002 2mllRAAAA 連接電路？連接電路？信號形式？信號形式？線性關(guān)系？線性關(guān)系？傳感器結(jié)構(gòu)？傳感器結(jié)構(gòu)？第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性(2) 變面積式變面積式自感傳感器電感傳感器特性 (3) 螺管式自感傳感器螺管式自感傳感器1線圈；2銜鐵121202mllRAAA2202mWRLWA1.21.2 自感式傳感器自感式傳感器- - 帶氣隙的鐵心線圈第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.31.3 互互感式傳感器感式傳感器-(1)-(1)差動變壓器差動變壓器 一、二次繞

4、組間的互感能隨銜鐵的移動而變化 兩個（若干個）二次繞組反向串接反向串接，以差動方式輸出同一線框繞制！第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性線圈N21、N22的有關(guān)端點按全波整流全波整流電路的要求正確地正確地連接起來交流激磁電壓感應(yīng)電壓同名端同名端如何連接？1.31.3 互互感式傳感器感式傳感器-(1)-(1)差動變壓器差動變壓器反向串接反向串接變隙式差動變壓器(有原邊激勵繞組)變面積差動變壓器第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性差動變壓器輸出電壓特性曲線零點殘余電壓誤差因素零點殘余電動勢溫度變化、

5、激勵頻率結(jié)構(gòu)對稱性銅耗、漏磁特性改造a）非相敏檢波 b）相敏檢波1理想特性曲線 2實際特性曲線 差動變壓器靈敏度一般可達0.55V/mm，行程越小，靈敏度越高。 為提高靈敏度,勵磁電壓在10V左右為宜,電源頻率以110kHz為好。 差動變壓器線性范圍約為線圈骨架長度的1/10左右。 第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性差動差動傳感器靈敏度？測量誤差？20 2WAL21011(1/ )2()WALLLL 21022(1/ )2()WALLLL 螺線管差動電感傳感器（無原邊激勵繞組）1.31.3 互互感式傳感器感式傳感器-(2)-(2)螺管差動電感

6、傳感器螺管差動電感傳感器第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性當當/1/1時，可將上式展開成級數(shù)：時，可將上式展開成級數(shù)：2123311 LLLLLL2223321 LLLLLL1.31.3 互互感式傳感器感式傳感器-(2)-(2)螺管差動電感傳感器螺管差動電感傳感器高次項高次項的存在是造成非線性非線性的原因若不考慮包括2次項以上的高次項,則 L第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.31.3 互互感式傳感器感式傳感器-(2)-(2)螺管差動電感傳感器螺管差動電感傳感器（電感量）（電感量）差動時：

7、差動時：2412212LLLLL2LLS靈敏度：靈敏度：1-差動線圈 2-鐵心 3-銜鐵 4-測桿 5-工件 3為1、2合成的差動特性第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.41.4 電渦流電渦流傳感器傳感器電渦流效應(yīng)電渦流效應(yīng) 電渦流線圈與金屬板的距離x 減小電渦流線圈的等效電感L 減小,等效電阻R 增大。感抗XL 的變化比R的變化大得多，流過電渦流線圈的電流i1增大。 第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.41.4 電渦流電渦流傳感器傳感器圖 電渦流傳感器等效電路 121111UIMjIL

8、jIR012222IMjILjIR可得 、 , 傳感器線圈的復(fù)阻抗為222222212222222111)()(LLRMLjRLRMRIUZ1I2I等效為短路環(huán)1()ZRj Lf ifxr、 、 、 、 、檢測深度與激勵源頻率有何關(guān)系？屬于接觸式測量還是非接觸式測量？第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.41.4 電渦流電渦流傳感器傳感器集膚效應(yīng)激勵源頻率f工件的電導(dǎo)率磁導(dǎo)率 等有關(guān) 當高頻（100kHz左右）信號源產(chǎn)生的高頻電壓施加到一個靠近金屬導(dǎo)體附近的電感線圈L1時，將產(chǎn)生高頻磁場H1。如被測導(dǎo)體置于該交變磁場范圍之內(nèi)時，被測導(dǎo)體就產(chǎn)生

9、電渦流i2。 i2在金屬導(dǎo)體的縱深方向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導(dǎo)體的表面，這稱為集膚（趨膚）效應(yīng)。頻率f越高,電渦流的滲透的深度就越淺,集膚效應(yīng)越嚴重第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.41.4 電渦流電渦流傳感器傳感器檢測深度的控制：由于存在集膚效應(yīng)，電渦流只能檢測導(dǎo)體表面的各種物理參數(shù)。改變f可控制檢測深度。激勵源頻率一般設(shè)定在100kHz1MHz。頻率越低，檢測深度越深。 間距x的測量：如果控制上式中的i1、f、r不變,電渦流線圈的阻抗Z就成為間距x的單值函數(shù),這樣就成為非接觸地測量位移的傳感器。多種用途：如果控制x、i1、f

10、不變，就可以用來檢測與表面電導(dǎo)率有關(guān)的表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來檢測與材料磁導(dǎo)率有關(guān)的材料型號、表面硬度等參數(shù)。 非接觸測量，不易受油液介質(zhì)影響； 結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，靈敏度高，最高分辨率達0.05微米； 頻率響應(yīng)范圍寬（010kHz），適合動態(tài)測量。第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.41.4 電渦流電渦流傳感器傳感器電渦流式傳感器的類型(1) 高頻反射式電渦流傳感器 1電渦流線圈 2探頭殼體3殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋4印制線路板 5夾持螺母6電源指示燈 7閾值指示燈8輸出屏蔽電纜線 9電纜插頭 有一個固定在框架上的扁平線圈組成，線圈

11、可以粘貼在框架的端部，也可以繞在框架端部的槽內(nèi)。第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.41.4 電渦流電渦流傳感器傳感器電渦流式傳感器的類型(2) 低頻透射式電渦流傳感器采用低頻激勵，因而有較大的有較大的貫穿深度貫穿深度，適合于測量金屬材料的厚度。 低頻透射式電渦流傳感器原理圖及特性探頭的直徑與測量范圍及分辨力之間有何關(guān)系？探頭的直徑與測量范圍及分辨力之間有何關(guān)系？ 第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測量電路電感傳感器測量電路2.1 2.1 電感電橋電感電橋 被測量線圈電感變化電橋電路的 U or I 輸出。 差動式結(jié)構(gòu)

12、可提高靈敏度，改善線性多采用雙臂雙臂橋圖 交流電橋的幾種形式(a)電阻平衡臂電橋； (b)變壓器式電橋； (c)緊耦合電感臂電橋通過變壓器加載供電直接加交流電壓源供電第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測量電路電感傳感器測量電路2.1 2.1 電感電橋電感電橋a. 電容傳感器電容傳感器差動差動電橋電橋b. 電感傳感器電感傳感器差動電橋差動電橋211202ZZZZUU111CjZ221CjZ0121202 2CCUCCCCUU211202ZZZZUU11LjZ22LjZ211202LLLLUU111LjRZ222LjRZ)()()()(2121212120LLjRRLLjRR

13、UU不同于差動變壓器不同于差動變壓器 1020CCCCCC；LL真正的對稱平衡點？真正的對稱平衡點？第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測量電路電感傳感器測量電路2.2 2.2 電感傳感器電感傳感器相敏相敏檢波檢波電路電路相敏檢波(整流)電路是具有鑒別調(diào)制信號相位和選頻選頻能力能力的檢波電路。正半周：VD1、VD4導(dǎo)通1122102 RRRRZVUVVZV 負半周：VD2、VD3導(dǎo)通120 RRUVV相敏檢波(整流)可以鑒別 a.位移(x)移動方向 b.位移大小正負半波均正負半波均差差值值 第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測量電路電感傳感器測量電路2

14、.2 2.2 電感傳感器電感傳感器相敏相敏檢波檢波電路電路傳感器輸出的調(diào)幅波電壓調(diào)幅波電壓被測量被測量參考信號參考信號(門控作用)輸出輸出信號信號相敏檢波電路同頻、同相(或反相)。121max2maxscscuuuu1u 2u 1scu 2scu 3412max122max22max12 2scfscfscfD DuuirRuuirRuiiirR1221max111max21max12 2scfscfscfD DuuirRuuirRuiiirRrrrr第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測量電路電感傳感器測量電路2.3 2.3 差動整流差動整流測量電路測量電路*u0adc銜

15、鐵usrb*oscabcduuuu銜鐵銜鐵零位零位銜鐵上移銜鐵上移銜鐵下移銜鐵下移同樣能區(qū)分大同樣能區(qū)分大小和移動方向小和移動方向第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測量電路電感傳感器測量電路2.3 2.3 差動整流差動整流測量電路測量電路 若1、2虛焊，Uao、 Ubo將變成什么波形？第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測量電路電感傳感器測量電路2.3 2.3 差動整流差動整流測量電路測量電路例例：用差動式電感傳感器進行位移檢測，畫出其電感位移關(guān)系曲線圖。說明相敏檢波器的作用？*u0abc銜鐵usrD1D2uabubcusc上移uabubcusc平衡位

16、uabubcusc下移tttttttttusrt激勵相敏檢波器的作用:(1)消除LS輸出的零位殘余電壓；(2)區(qū)分銜鐵移動方向第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測量電路電感傳感器測量電路2.4 2.4 諧振式測量電路諧振式測量電路 諧振法諧振法是將傳感器線圈的等效電感的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。傳感器線圈與電容并聯(lián)傳感器線圈與電容并聯(lián)組成LCLC并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振回路。 金屬材料在高頻磁場中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈端電壓的衰減，再經(jīng)高放、檢波、低放電路，最終輸出的直流電壓Uo反映了金屬體對電渦流線圈的影響。穩(wěn)頻、穩(wěn)幅振蕩電壓(100kHz1MHz）第六講第六講 電感式傳

17、感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測量電路電感傳感器測量電路2.4 2.4 諧振式測量電路諧振式測量電路調(diào)頻（調(diào)頻（FM）式電路）式電路(100kHz1MHz） 當電渦流線圈與被測體的距離x 改變時，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，此頻率可直接用計算機測量。如果要用模擬儀表進行顯示或記錄時，必須使用鑒頻器鑒頻器，將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo 。 第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用電感測微頭電感測微頭1引線電纜 2固定磁筒3銜鐵 4線圈5測力彈簧 6防轉(zhuǎn)銷 7鋼球?qū)к?直線軸承) 8測桿 9密封套 10測端 11被測工件12基準面

18、分辨率高，可測量機械位移0.1m，角位移0.1角秒第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用扭矩檢測扭矩檢測第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用滾柱直徑分選裝置滾柱直徑分選裝置1氣缸 2活塞 3推桿 4被測滾柱 5落料管 6電感測微器 7鎢鋼測頭 8限位擋板 9電磁翻板 10容器（料斗） 落料振動臺滑道11個分選倉位廢料倉滾柱直徑分選裝置滾柱直徑分選裝置第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用仿形機床中的應(yīng)用仿形機床中的應(yīng)用 1標準靠模樣板2測端（靠模輪） 3電感測微器 4銑刀龍門框架 5立

19、柱 6伺服電動機 7銑刀 8毛坯 仿形頭仿形頭主主軸軸第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用板的厚度測量板的厚度測量 差動測量結(jié)構(gòu)力轉(zhuǎn)換為位移張力測量張力測量第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用圓度計圓度計-采用旁向式電感測微頭測量頭測量頭旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)盤第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用 1壓力輸入接頭 2波紋膜盒 3電纜 4印制線路板 5差動線圈 6銜鐵 7電源變壓器 8罩殼 9指示燈 10密封隔板 11安裝底座壓力測量壓力測量第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感

20、器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用高頻反射式渦流測厚渦流測厚儀測試系統(tǒng)框圖渦流振幅測量渦流振幅測量 1被測體；2傳感器探頭第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用手持式裂紋測量儀手持式裂紋測量儀油管探傷油管探傷第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用安安檢檢門門演演示示當有金屬物體穿當有金屬物體穿越安檢門時報警越安檢門時報警第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用電渦流涂層厚度儀電渦流涂層厚度儀 測量注塑機開合模的間隙測量注塑機開合模

21、的間隙第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測量電路電感傳感器測量電路4 4 小結(jié)小結(jié) 思考思考 R/C/L 參數(shù)檢測電路的比較（結(jié)構(gòu)、輸出關(guān)系式？.） 電感電感 傳感器的應(yīng)用優(yōu)勢？ 知識點知識點自感、互感自感、互感（結(jié)構(gòu)型）（結(jié)構(gòu)型）傳感器傳感器原理、特點原理、特點多種基本電路（相敏檢波、整流多種基本電路（相敏檢波、整流.）原理、輸出特性）原理、輸出特性應(yīng)用電感傳感器的物理量應(yīng)用電感傳感器的物理量檢測方法檢測方法、傳感器應(yīng)用、傳感器應(yīng)用第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測量電路電感傳感器測量電路 作業(yè)作業(yè)預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)實驗實驗2 2（做什么、怎么做、為什么）（做什么、怎么做、為什么）思考思考: : 如何消除電感傳感器殘余電壓？如何消除電感傳感器殘余電壓？ 相敏檢波的數(shù)學(xué)依據(jù)？與物理方法如何對相敏檢波的數(shù)學(xué)依據(jù)？與物理方法如何對應(yīng)？應(yīng)？ 配置檢波電路的技術(shù)要求？配置檢波電路的技術(shù)要求？習(xí)題習(xí)題 p114、115：4.19、4.21、4.23（說明原理特點） 補充題6-1（見下頁）本本PPT