第三章-互感式傳感器

1、 差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式:變隙式、變面積式和螺線管式 等 1 初級(jí)線圈;2.3次級(jí)線圈;4銜鐵 螺管型差動(dòng)變壓器 1 2 3 4 123 4 (xLU I位移、流量、振動(dòng)）（自感）（ ） 原理:電磁感應(yīng) M(M(互感互感) ) 差動(dòng)變壓器的等效電路 i U 差動(dòng)變壓器工作在理想情況下（忽略渦流損耗、差動(dòng)變壓器工作在理想情況下（忽略渦流損耗、 磁滯損耗和分布電容等影響）時(shí)的等效電路磁滯損耗和分布電容等影響）時(shí)的等效電路: : e2 R21 R22 e21 e22 e1 R1M1 M2 L21 L22 L1 I1 e1初級(jí)線圈激勵(lì)電壓 L1,R1初級(jí)線圈電感和電阻 M1,M1分別為初級(jí)與次級(jí)線圈 1,

2、2間的互感 L21,L22兩個(gè)次級(jí)線圈的電感 R21,R22兩個(gè)次級(jí)線圈的電阻 11 1 1 LjR e I 當(dāng)次級(jí)開路時(shí)當(dāng)次級(jí)開路時(shí),初級(jí)繞組的交流電流為初級(jí)繞組的交流電流為: 1222 1121 IMje IMje 次級(jí)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為次級(jí)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為: 由于次級(jí)繞組反向串接由于次級(jí)繞組反向串接,故差動(dòng)變故差動(dòng)變 壓器輸出電壓為壓器輸出電壓為 11 1 2122212 LjR e MMjeee 1、激勵(lì)電壓幅值與頻率的影響 誤差因素分析誤差因素分析 2、溫度變化的影響 周圍環(huán)境溫度的變化,引起線圈及導(dǎo)磁體磁導(dǎo)率的變 化,從而使線圈磁場(chǎng)發(fā)生變化產(chǎn)生溫度漂移。因此,采用差 動(dòng)電橋可以減

3、少溫度的影響。 11 1 2122212 LjR e MMjeee 定義定義:把差動(dòng)變壓器在零位移時(shí)的輸出電壓稱為零點(diǎn)殘余把差動(dòng)變壓器在零位移時(shí)的輸出電壓稱為零點(diǎn)殘余 電壓。（電壓。（x0, U0UZ0) 0 x 0 x 零點(diǎn)殘余電壓的大小是判別傳感器質(zhì)量的重要標(biāo)志 之一 。因?yàn)槿绻泓c(diǎn)殘余電壓過(guò)大,會(huì)使靈敏度下降, 非線性誤差增大。所以,在制造傳感器時(shí)，要規(guī)定其零 點(diǎn)殘余電壓不得超過(guò)某一定值。 例如某自感測(cè)微儀的傳感器,經(jīng)200倍放大后,在放大器末 級(jí)測(cè)量,零點(diǎn)殘余電壓不得超過(guò)80mv 。 儀器在使用過(guò)程中,若有跡象表明傳感器的零點(diǎn)殘余電壓 太大,就要進(jìn)行調(diào)整。 1 基波正交分量 (b)波形

4、分析 1 3 2 4 5 UZ t Ui UZ U t 2 基波同相分量 3 二次諧波4 三次諧波 5 電磁干擾 零點(diǎn)殘余電壓波形零點(diǎn)殘余電壓波形 兩個(gè)二次測(cè)量線圈的等效參數(shù)等效參數(shù)（電感、電阻）不對(duì) 稱,使其輸出的基波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值和相位不同幅值和相位不同,調(diào)整 磁芯位置時(shí),不能達(dá)到幅值和相位同時(shí)相同幅值和相位同時(shí)相同。 B-H特性、 力求做到磁路對(duì)稱,線圈對(duì)稱,線圈繞制要均勻。鐵芯 材料要均勻,要經(jīng)過(guò)熱處理去除機(jī)械應(yīng)力和改善磁性。 補(bǔ)償原理:改變二次側(cè)線圈的阻抗改變二次側(cè)線圈的阻抗,使兩二次輸出電壓 的大小和相位改變,使零點(diǎn)電壓最小。 補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的電路補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的電路 3.2

5、.3測(cè)量電路測(cè)量電路 能辨別移動(dòng)方向 消除零點(diǎn)殘余電壓 （1）差動(dòng)整流電路 （2）相敏檢波電路 1 差動(dòng)整流電路差動(dòng)整流電路 電阻R0用于調(diào)整零點(diǎn)殘余電壓。 整流原理整流原理:把差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)輸把差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)輸 出電壓分別整流出電壓分別整流, 然后將整流的電壓然后將整流的電壓 或電流的差值作為輸出?；螂娏鞯牟钪底鳛檩敵觥?整流器件整流器件:二極管及由二極管及由 它們組成的電橋。它們組成的電橋。 U2=U24- U68 （1）全波電壓輸出）全波電壓輸出 0 0 26824 26824 UUUEE UUUEE cdab cdab 銜鐵下移 銜鐵上移 t t t 鐵芯在零位以上鐵芯在零

6、位以上 U24 U68 U2 鐵芯在零位鐵芯在零位 U U24 24 t t t U68 U2 t t t U24 U68 U2 鐵芯在零位以下鐵芯在零位以下 U2=U24- U68 0 0 26824 26824 UUUEE UUUEE cdab cdab 銜鐵下移 銜鐵上移 （2）半波電壓輸出）半波電壓輸出 0 0 0 0 2 2 2 2 U UEE U UEE cdab cdab 負(fù)半周二極管截止。 正半周二極管均導(dǎo)通移銜鐵下 負(fù)半周二極管截止。 正半周二極管均導(dǎo)通銜鐵上移 a b c d D2 u1 u2 R RL R D3 D1 D4 R R T1 T2 e1 e2 1 U 2 U

7、u1 u2 R RL R D3 D2 D1 D4 R R T1 T2 0U 1 2 U 3 i 4 i L RR u i 1 4 L 3 RR u i 2 如果存在零點(diǎn)電如果存在零點(diǎn)電 位位,則可以通過(guò)調(diào)則可以通過(guò)調(diào) 節(jié)節(jié)F,點(diǎn)點(diǎn),使使IO為為0 + u1 u2 R RL R D3 D2 D1 D4 R R T1 T2 0U 1 2 U + - + - i1i2 L 2 RR u i 1 L 1 RR u i 2 L RR eu i 21 4 L 2 RR eu i 2 3 i4 i3 D2 u1 u2 - R + RL R D3 D1 D4 R R T1 T2 + - 0U 1 2 U e1

8、 e2 - + - + L 12 1 RR eu i L 11 2 RR eu i i1i2 D2 u1 u2 + R - RL R D3 D1 D4 R R T1 T2 - + 0U 1 2 U e1 e2 + - + - L RR eu i 21 4 L 2 RR eu i 2 3 i4 D2 u1 u2 - R + RL R D3 D1 D4 R R T1 T2 + - 0U 1 2 U e1 e2 + - + - i3 L 12 1 RR eu i L 11 2 RR eu i i1i2 D2 u1 u2 + R - RL R D3 D1 D4 R R T1 T2 - + 0U 1 2

9、 U e1 e2 _ + - + 能轉(zhuǎn)換成位移變化的參數(shù),如力、壓力、 壓差、加速度、振動(dòng)、工件尺寸等,可用電感 傳感器來(lái)測(cè)量。 3.2.4 電感傳感器的應(yīng)用電感傳感器的應(yīng)用 1 傳感器引線 2 鐵心套筒 3 磁芯 4 電 感 線 圈 5 彈簧 6 防轉(zhuǎn)件 7 滾 珠 導(dǎo) 軌 8 測(cè)桿 9 密封件 10瑪瑙測(cè)端 11被測(cè)工件 12基準(zhǔn)面 軸向電感測(cè)微器內(nèi)部結(jié)構(gòu)軸向電感測(cè)微器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 一、位移測(cè)量一、位移測(cè)量 測(cè)量時(shí)紅寶石（或鎢鋼、瑪瑙）測(cè) 端接觸被測(cè)物,被測(cè)物尺寸的微小變化使 銜鐵在差動(dòng)線圈中產(chǎn)生位移,造成差動(dòng)線 圈電感量的變化,此電感變化通過(guò)電纜接 到交流電橋，電橋的輸出電壓反映了被 測(cè)體尺

10、寸的變化。 2021/3/2328 軸向電感測(cè)微器外形軸向電感測(cè)微器外形 航空插頭航空插頭紅寶石測(cè)頭紅寶石測(cè)頭 中原量?jī)x廠中原量?jī)x廠 2021/3/2329 航空插頭就是連接 器,即電纜接插件,插頭 一般指不固定的那一半。 因最初用在航空領(lǐng)域而 得名。 2021/3/2330 其他電感測(cè)微頭其他電感測(cè)微頭 二、電感式不圓度計(jì)二、電感式不圓度計(jì) 圖為測(cè)量軸類工件軸類工件 不圓度的示意圖.電感測(cè) 頭2圍繞工件1緩慢旋轉(zhuǎn), 也可以是測(cè)頭固定不動(dòng), 工件繞軸心旋轉(zhuǎn)。耐磨 測(cè)端（多為鎢鋼或紅寶 石）與工件接觸。信號(hào) 經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后給出圖 b所示圖形。該圖形按 一定的比例放大工件的 不圓度,以便用戶分析測(cè)

11、 量結(jié)果。 測(cè)量頭測(cè)量頭 旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)盤 線 圈 鐵 芯 銜 鐵 膜 盒 P U A 圖3-9 變隙電感式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖 三、壓力測(cè)量 圖3-10變隙差動(dòng)式電感壓力傳感器 0 ( /2) (/)uuZ Z 敏感元件: C形彈簧管 P 位移 轉(zhuǎn)換元件: 差動(dòng)變隙自感傳感器 電路參數(shù) 轉(zhuǎn)換電路: 變壓器電橋 電量 線圈1 C形彈簧管 調(diào)機(jī)械 零點(diǎn)螺釘 線圈2銜鐵 輸出 P Q:壓力傳感器的三個(gè) 組成部分? 差動(dòng)變壓器式壓力變送器差動(dòng)變壓器式壓力變送器 a)外形 b)結(jié)構(gòu)示意圖 c)電路原理圖 6銜鐵 1壓力輸入接頭 2波紋膜盒 3電纜 4印制線路板 5差動(dòng)線圈 7電源變壓器 8罩殼 9指示燈 10

12、密封隔板 11安裝底座 半波差動(dòng)整流電路、低通濾波電路 壓力變送器壓力變送器已經(jīng)將傳感器與信號(hào)處理電路組合在一 個(gè)殼體中,并安裝在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng),在工業(yè)中經(jīng)常被稱為一次儀一次儀 表表,可接入二次儀表加以顯示。 由于上述一次儀表輸出的信號(hào)(電壓，也可以是電流) 既易于處理，又符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，所以這類標(biāo)準(zhǔn)化的傳感 器或儀表又稱為變送器變送器。變送器的輸出信號(hào)可直接與電 動(dòng)過(guò)程控制儀表，例如與DDZ-調(diào)節(jié)器連接。 兩線制儀表兩線制儀表: 所謂兩線制儀表是指儀表與外界的聯(lián)系只需兩根導(dǎo) 線。多數(shù)情況下,其中一根為+24V電源線,另一根既作為 電源負(fù)極引線,又作為信號(hào)傳輸線。 二線制儀表接線方法二線制儀表接線方法

13、: 在信號(hào)傳輸線的末端通過(guò)一只標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻（也稱 取樣電阻取樣電阻）接地（也就是電源負(fù)極），將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變 成電壓信號(hào)。兩線制儀表的接線方法如圖所示。 2021/3/2337 420mA二線制數(shù)顯表外形及計(jì)算二線制數(shù)顯表外形及計(jì)算 在上圖中在上圖中, ,若取樣電阻若取樣電阻RL =250.0 , ,則對(duì)應(yīng)于則對(duì)應(yīng)于 420mA的輸出電流的輸出電流, ,輸出電壓輸出電壓Uo為為15V。 2021/3/2338 2021/3/2339 2021/3/2340 工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)例 電感傳感器在軸承滾柱直徑分選中的應(yīng)用電感傳感器在軸承滾柱直徑分選中的應(yīng)用 一一 課題要求及主要技術(shù)指標(biāo)課題要求及主要技術(shù)指

14、標(biāo) 某軸承公司希望對(duì)本車間生產(chǎn)的汽車用滾柱的直徑 進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和分選. 滾柱的標(biāo)稱直徑為10.000mm,允許公差范圍為 3m。 在公差范圍內(nèi),滾柱的直徑從9.997mm至 10.003mm,分為AG共7個(gè)等級(jí)，分別落入7個(gè)料箱中。 滾柱的分選速度為60個(gè)/min 電感傳感器在軸承滾柱直徑分選中的應(yīng)用 圖 滾子直徑分選機(jī)的工作原理示意圖 1氣缸 2活塞 3推桿 4被測(cè)滾柱 5落料管 6電感 測(cè)微器 7鎢鋼測(cè)頭 8限位擋板 9電磁翻板 10滾柱的公 差分布 11容器（料斗） 12氣源處理三聯(lián)件 動(dòng)畫動(dòng)畫 測(cè)微儀 圓柱滾子 2滾柱的推動(dòng)與定位 氣缸的活塞氣缸的活塞在高壓氣體的推動(dòng)下,將滾柱快速推至

15、 電感測(cè)微器的測(cè)標(biāo)下方的限位擋板限位擋板位置。使用“鎢鋼 測(cè)頭”延長(zhǎng)測(cè)端的使用壽命。 二、設(shè)計(jì)方案及步驟 （一）機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1測(cè)微器的選擇 由于被測(cè)滾柱的公差變化范圍只有6m,傳感器所需 要的行程較短,所以可以選擇線圈骨架較短、直徑較小 的型號(hào)。 3氣缸的控制 氣缸正向工作時(shí)有進(jìn)氣口,出氣口,反向工作的時(shí) 候,原來(lái)的出氣口就成了進(jìn)氣口，原進(jìn)氣口就成了出氣 口。這樣就需要一個(gè)換向閥換向閥(二位五通二位五通)，二位表示二 個(gè)工作狀態(tài)，五通就是5個(gè)氣口 氣缸及二位五通電磁閥 4落料箱翻板的控制 按設(shè)計(jì)要求,落料箱共9個(gè),分別是-3m、-2m、 -1m、0m、1m、2m、3m以及“偏 大”、“偏小

16、”廢品箱（圖中未畫出）。它們的翻 板分別由9個(gè)交流電磁鐵交流電磁鐵控制。 （二）電信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用相敏檢波電路,該電路能判別電感測(cè) 微儀的銜鐵運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)誤差為正值時(shí),它的輸出電 壓亦為正值,反之為負(fù)值。 三、系統(tǒng)的調(diào)試 1.傳感器的安裝高度調(diào)試 將標(biāo)準(zhǔn)件（直徑10.000mm）置于測(cè)微儀的鎢鋼 測(cè)頭的正下方,調(diào)節(jié)測(cè)微儀的安裝高度,使計(jì)算機(jī)顯示 屏上的讀數(shù)盡量接近“0.0”m,并完成軟件置零。 2.靈敏度調(diào)試 分別將預(yù)先用精密光學(xué)測(cè)量?jī)x器標(biāo)定的3m 和-3m的滾柱置于鎢鋼測(cè)頭下方,改變程序中的靈敏 度系數(shù),完成“標(biāo)定”的過(guò)程?！?3.活塞行程控制 調(diào)節(jié)氣缸的前后位置和供氣三聯(lián)件上的氣壓開 關(guān)（約0.20.4MPa）,使行程合乎設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 4.測(cè)量速度的調(diào)試 將一批已知直徑的滾子放入振動(dòng)料斗中,在顯示屏 上輸入“電磁閥動(dòng)作頻率”,逐漸提高氣缸活塞的往復(fù)氣缸活塞的往復(fù) 速度速度。并測(cè)量動(dòng)態(tài)誤差。 5.電磁鐵翻板的調(diào)試 將不同直徑誤差不同直徑誤差的滾柱置于鎢鋼測(cè)頭下方,啟動(dòng)測(cè) 試軟件后，對(duì)應(yīng)的電磁