項(xiàng)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(jìn)程班級(jí)： 日期： 年月日工程五電感傳式感器進(jìn)程1、了解電感傳感器的工作原理及分類(lèi)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(diǎn)；與要求3、把握電感傳感器的測(cè)量方法；4、了解電感傳感器的進(jìn)展方向與應(yīng)用。(時(shí)間安排：4本課重點(diǎn)重點(diǎn)、難點(diǎn):理解自感式、差動(dòng)變壓器式、渦流傳感器的工作原理,與難點(diǎn)把握其性能特點(diǎn)，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(shū)安排電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)變線(xiàn)圈的自感系數(shù)L或互感系數(shù)M到達(dá)測(cè)量位移、壓力、流量、振動(dòng)、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(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。電感式傳感器實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)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(dòng)掌握系統(tǒng)中。電感式傳感器具有構(gòu)造簡(jiǎn)潔，工作牢靠，壽命長(zhǎng)，靈敏度和區(qū)分率高，輸出信號(hào)強(qiáng)，線(xiàn)性度和重復(fù)性好，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。但是存在溝通零位信號(hào)，不宜快速動(dòng)態(tài)測(cè)控等缺點(diǎn)。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(lèi)器，使讀者了解電感式傳感器的構(gòu)造、工作原理、測(cè)量方法和應(yīng)用場(chǎng)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(xiàn)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(dòng)銜鐵與鐵芯之間存在氣隙，厚度為.傳感器工的位移時(shí),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(jìn)而導(dǎo)致電感線(xiàn)圈的電感量變化，測(cè)出這種電感量的變化就可以判別銜鐵〔即被測(cè)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(xiàn)圈中電感量可由下式確定：L N

(5—1)

式中:-—線(xiàn)圈總磁鏈;

I II——通過(guò)線(xiàn)圈的電流;N——線(xiàn)圈的匝數(shù)；—-穿過(guò)線(xiàn)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(guò)鐵芯的長(zhǎng)度；1S——?dú)庀兜慕孛娣e；——?dú)庀兜暮穸取?、自感傳感器等效電路電感傳感器是利用鐵芯線(xiàn)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(xiàn)圈和測(cè)量設(shè)備電纜的接入，存在線(xiàn)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(lái)等c效?；ジ惺絺鞲衅魇前驯槐粶y(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為變壓器線(xiàn)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(jí)線(xiàn)圈輸入溝通電壓，次級(jí)線(xiàn)圈感應(yīng)出電勢(shì)。由于變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈常接成差動(dòng)形式，故又稱(chēng)為差動(dòng)變壓器式傳感器。差動(dòng)變壓器構(gòu)造形式有變氣隙式、變面積式和螺線(xiàn)管式等，其工作原理根本一樣。變氣隙差動(dòng)互感傳感器由于行程小，且構(gòu)造簡(jiǎn)單，因此目前已很少承受，螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器廣泛用于非電量的測(cè)量，它可以測(cè)量1~100mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移,這種傳感器具有測(cè)量精度高，靈敏度高，構(gòu)造簡(jiǎn)潔，性能牢靠等優(yōu)點(diǎn).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(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)圈和線(xiàn)圈框架等。初級(jí)線(xiàn)圈作為差動(dòng)變壓器鼓勵(lì)用,可視為變壓器的原邊，次級(jí)兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的線(xiàn)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(dòng)變壓器傳感器的構(gòu)造.它由初級(jí)線(xiàn)圈P、兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈S、S 和插入線(xiàn)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(dòng)變壓器線(xiàn)圈連接如圖5-10(c)所示。次級(jí)線(xiàn)圈S和S 反極性串聯(lián)。當(dāng)時(shí)級(jí)線(xiàn)圈P加上某一頻率的1 2i正弦溝通電壓.i

后次級(jí)線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓為. .

它們的大小與鐵芯在線(xiàn)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(xiàn)圈中心位置時(shí)，. . . 0;，o121當(dāng)鐵芯向上移動(dòng)(見(jiàn)圖c)〕時(shí)，. 1

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

. .,2 1,

0，M小，M 大?；?o 1 2或1oo

隨鐵芯偏離中心位..

2180°，5. —11所示。實(shí)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(chēng)為零點(diǎn)剩余電壓。零點(diǎn)殘x余電壓主要是由傳感器的兩次級(jí)繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對(duì)稱(chēng)，以及磁性材料的非線(xiàn)性等問(wèn)題引起的。兩線(xiàn)圈中感應(yīng)電勢(shì)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(xiàn)的非線(xiàn)性(磁飽和磁滯〕.零點(diǎn)剩余電壓一般在幾十毫伏以下,在實(shí)際使用時(shí)應(yīng)設(shè)法減小U ，否x則將會(huì)影響傳感器的測(cè)量結(jié)果.電感線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁力線(xiàn)經(jīng)過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí),金屬導(dǎo)體就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流的流線(xiàn)呈閉合回線(xiàn)。類(lèi)似5—18(a〕所示的水渦外形,故稱(chēng)之為電渦流。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)導(dǎo)磁率、金屬導(dǎo)體厚度H、線(xiàn)圈激勵(lì)信號(hào)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(cè)量出另外某一參數(shù)。渦流式傳感器最大的特點(diǎn)是能對(duì)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(jìn)展非接觸式連續(xù)測(cè)量，另外還具有體積小、靈敏度高、頻率響應(yīng)寬等持點(diǎn)，所以應(yīng)用極其廣泛。由于渦流滲透深度與傳感器線(xiàn)圈的鼓勵(lì)信號(hào)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(lèi)渦流傳感器，但從根本工作原理上來(lái)說(shuō)仍是相像的。下面以高頻反射式渦流傳感器為例說(shuō)明其原理和特性.1、根本原理.5-18I(頻率為f〕的電感線(xiàn).L靠近金屬導(dǎo)體時(shí)，在金屬四周產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，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(gè)方向相反的磁場(chǎng)。此電渦流的閉合流線(xiàn)的圓心同線(xiàn)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(xiàn)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(chǎng)的頻率;r——相對(duì)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(jìn)入膜盒時(shí)，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(dòng)，從而使氣隙發(fā)生變化，流過(guò)線(xiàn)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(cè)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(dòng)電感壓力傳感器5—23CC,C圈1和線(xiàn)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(guò)電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出.由于輸出電壓與被測(cè)壓力之間成比例關(guān)系,所以只要用檢測(cè)儀表測(cè)量出輸出電壓，即可得知被測(cè)壓力的大小。2、差動(dòng)變壓式傳感器的應(yīng)用差動(dòng)變壓器式傳感器可以直接用于位移測(cè)量,也可以測(cè)量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如振動(dòng)、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(dòng)變壓器的線(xiàn)圈骨架固定，而將銜鐵的A端與被測(cè)振動(dòng)體相連。當(dāng)被測(cè)體帶動(dòng)銜鐵以Δx〔t)振動(dòng)時(shí),導(dǎo)致差動(dòng)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(dòng)變壓器式傳感器原理圖1—懸臂梁 2-差動(dòng)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(cè)金屬的上方設(shè)有放射傳感器線(xiàn)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(chǎng)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(xiàn)圈212L的磁通將減弱為ΦL產(chǎn)生的感應(yīng)電壓

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