自動檢測與轉(zhuǎn)換

自動檢測與轉(zhuǎn)換2023/6/131第一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三第一節(jié)自感傳感器

電感傳感器種類很多，可分為自感式和互感量式兩大類。人們習慣上講電感傳感器通常是指自感傳感器。第二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三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380V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36V交流電壓源上，如圖3-1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，毫安表的讀數(shù)只剩下十幾毫安。小實驗2023/6/133第三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三電感傳感器的基本工作原理演示F220V準備工作第四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三電感傳感器的基本工作原理演示氣隙變小，電感變大，電流變小F第五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三由電工知識可知，當鐵心的氣隙較大時，磁路的磁阻Rm較大，線圈的電感量L和感抗XL就較小，所以電流I較大。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隨氣隙而改變的原理來制作測量位移的自感傳感器?；仡櫯c總結(jié)2023/6/136第六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三自感式電感傳感器常見的形式

變隙式變截面式螺線管式

1－線圈2－鐵心3－銜鐵4－測桿5－導軌6－工件7－轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸第七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三電感傳感器的銜鐵較重，響應較慢，不宜用于快速動態(tài)測量。小貼士單線圈螺線管式電感傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3-2c所示。主要元件是一只螺線管和一根柱形銜鐵。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電感量的變化。電感量L在幾毫米的范圍內(nèi)與銜鐵插入深度l1大致成正比。測量范圍越大，分辨力越低。最常用的電感傳感器

——螺線管式電感傳感器第八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三在模擬電子學中，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不穩(wěn)定等外界因數(shù)引起的輸出電壓漂移?；仡櫼幌律鲜?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。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，既可以提高傳感器的靈敏度，又可以減小測量誤差。差動式電感傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。2023/6/139第九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三當銜鐵偏離中間位置時，兩個線圈的電感量一個增加，一個減小，形成差動形式。差動電感傳感器的特點

1-差動線圈2-鐵心3-銜鐵4-測桿5-工件

差動式電感傳感器對外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁吸力也較小，從而減小了測量誤差。第十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三差動電感傳感器的特性

曲線1、2為L1、L2的特性，3為差動特性請分析：從曲線圖可以看出，與非差動電感傳感器相比較，差動式電感傳感器的靈敏度、線性度有何變化？第十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三測量轉(zhuǎn)換電路測量轉(zhuǎn)換電路的作用是將電感量的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，以便用儀表指示出來。但若僅采用電橋電路和普通的檢波電路，則只能判別位移的大小，卻無法判別輸出的相位和位移的方向。

如果在輸出電壓送到指示儀前，經(jīng)過一個能判別相位的檢波電路，則不但可以反映幅值（位移的大?。?，還可以反映輸出電壓的相位（位移的方向）。這種檢波電路稱為相敏檢波電路。2023/6/1312第十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三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，不能反映輸入信號的相位。第十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三相敏檢波輸出特性曲線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

第十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三實測得到的相敏檢波電路的特性曲線

通過調(diào)零電路，可使輸出曲線平移到原點。標定位移時的實驗數(shù)據(jù)及曲線第十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三第二節(jié)差動變壓器傳感器

＋復習電工知識：全波整流電路中用到的“單相變壓器”有一個一次線圈，有兩個二次線圈。當一次線圈加上交流激磁電壓Ui后，將在二次線圈中產(chǎn)生感應電壓UO。在全波整流電路中，兩個二次線圈串聯(lián)，總電壓等于兩個二次線圈的電壓之和。第十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三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，不能反映輸入信號的相位。第十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三請將單相變壓器的二次線圈N21、N22的有關(guān)端點按全波整流電路的要求正確地連接起來。第十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三請將單相變壓器的二次線圈N21、N22的有關(guān)端點按全波整流電路的要求正確地連接起來。Uo10V10V=20V第十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三差動變壓器的工作原理

差動變壓器是把被測位移量轉(zhuǎn)換為一次線圈與二次線圈間的互感量M的變化的裝置。由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)型式是螺線管式差動變壓器。

在差動變壓器的線框上繞有一組輸入線圈（稱一次線圈）；在同一線框的上端和下端再繞制兩組完全對稱的線圈（稱二次線圈），它們反向串聯(lián)，組成差動輸出形式。圖中標有黑點的一端稱為同名端，通俗的說法是指線圈的“頭”。

第二十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三差動變壓器式傳感器的等效電路及接線

結(jié)構(gòu)特點：兩個二次線圈反向串聯(lián)，組成差動輸出形式。

請將二次線圈N21、N22的有關(guān)端點正確地連接起來，并指出哪兩個為輸出端點。uo=u21-u22第二十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三靈敏度與線性度差動變壓器的靈敏度一般可達0.5~5V/mm，行程越小，靈敏度越高。為了提高靈敏度，勵磁電壓在10V左右為宜。電源頻率以1~10kHz為好。差動變壓器線性范圍約為線圈骨架長度的1/10左右。例：欲測量Φ120mm2mm軸的直徑誤差，應選擇線圈骨架長度為多少的差動變壓器（或電感傳感器）為宜？答：線圈骨架長度約為被測變化量的10倍左右，選2mm×20=40mm。第二十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三測量電路

（以差動整流為例）Ｃ1、Ｃ2虛焊，Uao、Ubo將變成什么波形？圖中的RP起什么作用？第二十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三測量電路

（以差動整流為例）Ｃ1、Ｃ2虛焊，Uao、Ubo將變成什么波形？圖中的RP起什么作用？第二十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三第三節(jié)電感式傳感器的應用

一、位移測量

軸向式電感測微器的外形

航空插頭紅寶石測頭第二十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三其他電感測微頭第二十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三模擬式及數(shù)字式電感測微儀第二十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三軸向式電感測微器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

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墸ㄖ本€軸承）8—測桿9—密封套10—測端11—被測工件12—基準面第二十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三電感式滾柱直徑分選裝置滾柱直徑分選裝置圖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）

第二十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三電感式滾柱直徑分選裝置測微儀圓柱滾子第三十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三電感式滾柱直徑分選裝置（外形）

滑道分選倉位軸承滾子外形（參考中原量儀股份有限公司資料）第三十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三電感式滾柱直徑分選裝置外形落料振動臺滑道11個分選倉位（參考無錫市通達滾子有限公司資料）廢料倉第三十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三電感式滾柱直徑分選裝置（機械結(jié)構(gòu)放大）汽缸控制鍵盤直徑測微裝置長度測微裝置滑道第三十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三機械及氣動元件電感測微器汽缸

氣水分離器（供氣三聯(lián)件）儲氣罐導氣管

氣壓表（0.4MPa左右）第三十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三電感式滾柱直徑分選界面分選結(jié)果基本符合正態(tài)分布第三十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三差動變壓器式厚度測量原理第三十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三電感式不圓度計原理該圓度計采用旁向式電感測微頭第三十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三電感式不圓度測試系統(tǒng)旁向式電感測微頭第三十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三電感式不圓度測量系統(tǒng)外形

（參考洛陽匯智測控技術(shù)有限公司資料）旋轉(zhuǎn)盤測量頭第三十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三不圓度測量打印第四十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三電感式輪廓儀旁向式電感測微頭第四十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三壓力測量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—安裝底座第四十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三壓力測量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—安裝底座第四十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三一次儀表與

4~20mA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路組合在一個殼體中，這在工業(yè)中被稱為一次儀表。一次儀表的輸出信號可以是電壓，也可以是電流。由于電流信號不易受干擾，且便于遠距離傳輸（可以不考慮線路壓降），所以在一次儀表中多采用電流輸出型。第四十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三4~20mA二線制輸出方式

新的國家標準規(guī)定電流輸出為4～20mA；電壓輸出為1～5V(舊國標為0～10mA或0`2V)。4mA對應于零輸入，20mA對應于滿度輸入。

不讓信號占有0～4mA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，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4mA，因此還能利用0～4mA這一部分“本底”電流”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。

第四十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三4~20mA二線制輸出方式所謂二線制儀表是指儀表與外界的聯(lián)系只需兩根導線。多數(shù)情況下，其中一根（紅色）為+24V電源線，另一根（黑色）既作為電源負極引線，又作為信號傳輸線。在信號傳輸線的末端通過一只標準負載電阻（也稱取樣電阻）接地（也就是電源負極），將電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號。

第四十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三4~20mA二線制儀表接線方法（4~20mA）第四十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三4~20mA二線制數(shù)顯表外形及計算

在上一張圖中，若取樣電阻RL=500.0，則對應于4~20mA的輸出電流，輸出電壓Uo為多少？第四十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期三什么是“一次儀表”將傳感器與信號處理電路組合在一個殼體中，并安裝在檢測現(xiàn)場，在工業(yè)中經(jīng)常被稱為一次儀表。一次儀表的輸出：輸出信號可以是電壓，也可以是電流。由于電流信號不