項目電感式傳感器教案

(完整(完整word版)工程五、電感式傳感器教案工程五電感傳式感器進程班級： 日期： 年月日工程五電感傳式感器進程1、了解電感傳感器的工作原理及分類方法;教學(xué)目的2、把握電感傳感器傳感器的功能及工作特點；與要求3、把握電感傳感器的測量方法；4、了解電感傳感器的進展方向與應(yīng)用。(時間安排：4本課重點重點、難點:理解自感式、差動變壓器式、渦流傳感器的工作原理,與難點把握其性能特點，了解其應(yīng)用。次序內(nèi)容1一、自感式傳感器2二．變壓器式傳感器3堂三、電渦流式傳感器4四、電感式傳感器的應(yīng)用5五、小結(jié)6六、作業(yè)7七、板書安排電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)變線圈的自感系數(shù)L或互感系數(shù)M到達測量位移、壓力、流量、振動、LM的變化在電路中又轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化輸出，從而實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。電感式傳感器實現(xiàn)信息的遠距離轉(zhuǎn)輸、記錄、顯示和掌握等方面的要求，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動掌握系統(tǒng)中。電感式傳感器具有構(gòu)造簡潔，工作牢靠，壽命長，靈敏度和區(qū)分率高，輸出信號強，線性度和重復(fù)性好，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。但是存在溝通零位信號，不宜快速動態(tài)測控等缺點。電感式傳感器按其工作原理可分為自感式,變壓器式和電渦流式等種類器，使讀者了解電感式傳感器的構(gòu)造、工作原理、測量方法和應(yīng)用場合。一、自感式傳感器

(完整word版)工程五、電感式傳感器教案1、工作原理變磁阻式傳感器是一種常用自感式傳感器，其構(gòu)造原理如圖5—1所示，由線圈、鐵芯和銜鐵三局部組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料〔坡莫合金或硅鋼片)制成.活動銜鐵與鐵芯之間存在氣隙，厚度為.傳感器工的位移時,氣隙厚度發(fā)生變化,從而使磁路中的磁阻產(chǎn)生相應(yīng)的變化,進而導(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銜鐵〔即被測物體)位移量的大小和方向。5—1變磁阻式傳感器根本構(gòu)造依據(jù)電感定義，線圈中電感量可由下式確定：L N

(5—1)

式中:-—線圈總磁鏈;

I II——通過線圈的電流;N——線圈的匝數(shù)；—-穿過線圈的磁通。由磁路歐姆定律，得磁阻。

INRm

〔5-2〕Rm—-磁路總將式〔5—2〕代入(5—1〕得L

N

NIN N2

〔5—3〕I I I R Rm m總磁阻為R R

R

L L 21 2 (5-4〕R

——鐵芯

m FR—-空氣氣隙磁阻;

S S S F11 2 2 01—-鐵芯材料的磁導(dǎo)率；2—-銜鐵材料的磁導(dǎo)率；(完整(完整word版)工程五、電感式傳感器教案L-—磁通通過鐵芯的長度；1S——氣隙的截面積；——氣隙的厚度。2、自感傳感器等效電路電感傳感器是利用鐵芯線圈中的自感隨銜鐵位移或空隙面積轉(zhuǎn)變而變化的原理制成的，它通常承受鐵磁LLRLc并聯(lián)鐵芯禍流損耗電阻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R、Re相并聯(lián)Z來等c效?；ジ惺絺鞲衅魇前驯槐粶y的非電量變化轉(zhuǎn)換為變壓器線圈的互感變化.這種傳感器是依據(jù)變壓器的根本原理制成的,變壓器初級線圈輸入溝通電壓，次級線圈感應(yīng)出電勢。由于變壓器的次級線圈常接成差動形式，故又稱為差動變壓器式傳感器。差動變壓器構(gòu)造形式有變氣隙式、變面積式和螺線管式等，其工作原理根本一樣。變氣隙差動互感傳感器由于行程小，且構(gòu)造簡單，因此目前已很少承受，螺線管式差動變壓器廣泛用于非電量的測量，它可以測量1~100mm范圍內(nèi)的機械位移,這種傳感器具有測量精度高，靈敏度高，構(gòu)造簡潔，性能牢靠等優(yōu)點.1、工作原理差動變壓器式傳感器的組成元件有銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈框架等。初級線圈作為差動變壓器鼓勵用,可視為變壓器的原邊，次級兩個對稱的線圈反向串接相當(dāng)于變壓器的副邊。如圖5—10所示螺管形差動變壓器傳感器的構(gòu)造.它由初級線圈P、兩個次級線圈S、S 和插入線圈中心的圓柱形鐵芯b組成，結(jié)1 2構(gòu)形式有二段式和三段式等之分.差動變壓器線圈連接如圖5-10(c)所示。次級線圈S和S 反極性串聯(lián)。當(dāng)時級線圈P加上某一頻率的1 2i正弦溝通電壓.i

后次級線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓為. .

它們的大小與鐵芯在線圈內(nèi)的位置有.. . 反和2和112o極性連接使得到輸出電壓.和2和112o，o12當(dāng)鐵芯位于線圈中心位置時，. . . 0;，o121當(dāng)鐵芯向上移動(見圖c)〕時，. 1

. 0,M大，M ??；，2 o 1 2，當(dāng)鐵芯向下移動〔〕時，

. .,2 1,

0，M小，M 大。或1o 1 2或1oo

隨鐵芯偏離中心位..

2180°，5. —11所示。實際上，鐵芯位于中心位置,輸出電壓U

并不是零電位，而是Uo

被稱為零點剩余電壓。零點殘x余電壓主要是由傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等問題引起的。兩線圈中感應(yīng)電勢都不能完全抵消。高次諧波中起主要作用的是三次諧波，產(chǎn)生的緣由是由于磁性材料磁化曲線的非線性(磁飽和磁滯〕.零點剩余電壓一般在幾十毫伏以下,在實際使用時應(yīng)設(shè)法減小U ，否x則將會影響傳感器的測量結(jié)果.電感線圈產(chǎn)生的磁力線經(jīng)過金屬導(dǎo)體時,金屬導(dǎo)體就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流的流線呈閉合回線。類似5—18(a〕所示的水渦外形,故稱之為電渦流。理論分析和實踐證明，電渦流的大小是金屬導(dǎo)體的電阻率、相對導(dǎo)磁率、金屬導(dǎo)體厚度H、線圈激勵信號頻率x等參數(shù)的函數(shù)。假設(shè)固定某些參數(shù)，就能按渦流的大小測量出另外某一參數(shù)。渦流式傳感器最大的特點是能對位移、厚度、外表溫度、電解質(zhì)濃度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進展非接觸式連續(xù)測量，另外還具有體積小、靈敏度高、頻率響應(yīng)寬等持點，所以應(yīng)用極其廣泛。由于渦流滲透深度與傳感器線圈的鼓勵信號頻率有關(guān)，故傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類渦流傳感器，但從根本工作原理上來說仍是相像的。下面以高頻反射式渦流傳感器為例說明其原理和特性.1、根本原理.5-18I(頻率為f〕的電感線.L靠近金屬導(dǎo)體時，在金屬四周產(chǎn)生交變磁場，在金屬外表將產(chǎn)生電渦流I1，依據(jù)電磁感應(yīng)理論,電渦流也將形成一個方向相反的磁場。此電渦流的閉合流線的圓心同線圈在金屬板上的投影的圓心重合。據(jù)有關(guān)資料介紹，渦流區(qū)和線圈幾何尺寸有如下關(guān)系:2R1.39D2r0.525D式中2R一-電渦流區(qū)外徑;2r——電渦流區(qū)內(nèi)徑渦流滲透深度h5000 fr式中cm〕;

〔5—25〕f—-交變磁場的頻率;r——相對導(dǎo)磁率.四、電感式傳感器的應(yīng)用1、變磁阻式傳感器的應(yīng)用(完整word5—22上端連在一起。當(dāng)壓力進入膜盒時，膜盒的頂端在壓力P的作用下產(chǎn)生與壓力P大小成正比的位移。于是銜鐵也發(fā)生移動，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，電流表指示值就反映了被測壓力的大小.圖5—22變隙電感式傳感器構(gòu)造圖 5-23變隙式差動電感壓力傳感器5—23CC,C圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等、符號相反的變化，即一個電感量增大，另一個電感量減小.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。2、差動變壓式傳感器的應(yīng)用差動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)的任何機械量，如振動、加速度、應(yīng)變、比重、張力和厚度等.5—2412將懸臂梁底座及差動變壓器的線圈骨架固定，而將銜鐵的A端與被測振動體相連。當(dāng)被測體帶動銜鐵以Δx〔t)振動時,導(dǎo)致差動變壓器的輸出電壓也按一樣規(guī)律變化。3、電渦流式傳感器的應(yīng)用低頻透射式渦流厚度傳感器

圖5—24差動變壓器式傳感器原理圖1—懸臂梁 2-差動變壓器圖5-25所示為透射式渦流厚度傳感器構(gòu)造原理圖。在被測金屬的上方設(shè)有放射傳感器線圈L1.LL上加低頻電壓U1L上產(chǎn)生交變磁通Φ2 1 1 1金屬板，則交變磁場直接耦合至L中,L產(chǎn)生感應(yīng)電壓.2 2產(chǎn)生的磁通將導(dǎo)致在金屬板中產(chǎn)生電渦流。

L線圈212L的磁通將減弱為ΦL產(chǎn)生的感應(yīng)電壓

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