第4章電感傳感器ppt課件

1、第四章 電感式傳感器 電感式傳感器的基本原理是將被測量電感式傳感器的基本原理是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成線圈電感量自感或互感的變化轉(zhuǎn)換成線圈電感量自感或互感的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。第一節(jié)第一節(jié) 自感式電感傳感器自感式電感傳感器1.變間隙型：變間隙型：2.變面積型變面積型3.螺線管型螺線管型4.差動型差動型線圈電感算式：線圈電感算式： N -線圈匝數(shù)。線圈匝數(shù)。 Rm - 磁路總磁阻。磁路總磁阻。mRNL2電感傳感器的基本工作原理演示電感傳感器的基本工作原理演示F F220V準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作電感傳感器的基本工作原理演示電感傳感器的基本工作原理演示氣隙

2、變小，電感變大，電流變小氣隙變小，電感變大，電流變小F F一、自感式電感傳感器的工作原理一、自感式電感傳感器的工作原理 （一變間隙型電感傳感器（一變間隙型電感傳感器 AAlAlRm022112AAlAlNRNLm02211222 磁路總磁阻：磁路總磁阻：故：故：1200 考慮鐵磁材料的磁阻相對很小，那么：考慮鐵磁材料的磁阻相對很小，那么：220202ANANL特點(diǎn)：靈敏、線特點(diǎn)：靈敏、線性差、裝配難性差、裝配難 輸出特性輸出特性L與與之間是非線性關(guān)系，之間是非線性關(guān)系， 特性曲線如圖所示。特性曲線如圖所示。2022ANRNLm 變間隙式電感傳感器的L-特性分析：分析：當(dāng)銜鐵處于初始位置時，初始

3、電感量為當(dāng)銜鐵處于初始位置時，初始電感量為 02002ANL （4-7） 當(dāng)銜鐵上移時，傳感器氣隙減小，即=0， 則此時輸出電感為0000201)(2LANLLL（4-8） 當(dāng)/01時臺勞級數(shù)）： 30200001LLLL（4-9） 可求得電感增量L和相對增量L/L0的表達(dá)式，即 200002000011LLLL(4-10)(4-11)同理，當(dāng)銜鐵隨被測體的初始位置向下移動時，電感減小有 3020000302000011LLLL（4-13） 對式4-11）、（4-13作線性處理，即忽略高次項(xiàng)后，可得 00LL（4-14） 0001LLLL靈敏度為 0001LLK可見：變間隙式電感傳感器的測量范

4、圍與靈敏度及線性度相矛盾，因此變隙式電感式傳感器適用于測量微小位移（ 附近） 的場合。 0v銜鐵上移 v切線斜率變大與0K20000011LLK20000011LLKv銜鐵下移v切線斜率變小 與線性度v銜鐵上移：23000LL非線性部分23000LL非線性部分v銜鐵下移：v無論上移或下移，非線性都將增大。sUL1L2RoRooU122131鐵 芯 ；2線 圈 ；3銜 鐵為了減小非線性誤差，實(shí)際測量中廣泛采用差動變間隙式電感傳感器。 （與差動電容傳感器類似）銜鐵上移：兩個線圈的電感變化量L1、L2分別由式4-10及式4-12表示， 差動傳感器電感的總變化量L=L1+L2, 具體表達(dá)式為 4020

5、002112LLLL（4-21） 對上式進(jìn)行線性處理, 即忽略高次項(xiàng)得 002LL（4-22） 靈敏度K0為 0002LLK（4-23） 比較單線圈式和差動式： （曉得） 差動式變間隙電感傳感器的靈敏度是單線圈式的兩倍。 差動式的非線性項(xiàng)(忽略高次項(xiàng))：單線圈的非線性項(xiàng)忽略高次項(xiàng))：由于/0 U68 ，則U2 0；而當(dāng)銜鐵在零位以下時， 則有U24 U68，則U2 0且u2與u0均為正半周x 0且u2與u0均為負(fù)半周*u1)2(122LLLRRuRux 0，正半周)2(121LLLRRuRux 0，負(fù)半周u22正u21正1:11:1要會分析 由圖 （a）、（c）、 (d)可知, 當(dāng)位移x 0時

6、, u2與u0同頻同相, 當(dāng)位移x 0時, u2與u0為同頻同相, 當(dāng)u2與u0均為正半周時, 見圖 4 - 15a）, 環(huán)形電橋中二極管VD1、D4截止, VD2、VD3導(dǎo)通, 則可得圖b的等效電路。 根據(jù)變壓器的工作原理, 考慮到O、M分別為變壓器T1、 T2的中心抽頭, 則有 u01= u02= u21= u22= 式中 n1, n2為變壓器T1、T2的變比(按1:1計算）。采用電路分析的基本方法, 可求得圖 （b所示電路的輸出電壓uL的表達(dá)式: 202nu122nu）（22)2()2(112122LLLLLRRnuRRRuRu0)(01220122LLLLRuRuuuRuuu 同理當(dāng)u

7、2與u0均為負(fù)半周時, 二極管VD2、VD3截止, VD1、 VD4導(dǎo)通。 其等效電路如圖 （c所示M端總為正）, 輸出電壓uL 表達(dá)式與式22相同, 說明只要位移x0, 不論u2與u0是正半周還是負(fù)半周，負(fù)載RL兩端得到的電壓uL始終為正。 當(dāng)x0時,u2與u0為同頻反相。采用上述相同的分析方法不難得到當(dāng)x 0與u1同相x0與u1反相不是u2的整流，有比例關(guān)系 所以上述相敏檢波電路輸出電壓uL的變化規(guī)律充分反映了被測位移量的變化規(guī)律, 即uL的值反映位移x的大小, 而uL的極性則反映了位移x的方向。（注：U0頻率很高，負(fù)載與電感電源串聯(lián)，電感有濾波作用，所以負(fù)載電壓較平滑，反映位移量變化 ）

8、 差動變壓式傳感器的應(yīng)用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, 也可以測量與位也可以測量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量移有關(guān)的任何機(jī)械量, 如振動、加速度、應(yīng)變、比重、張力和厚度如振動、加速度、應(yīng)變、比重、張力和厚度等。等。 所示為差動變壓器式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。所示為差動變壓器式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。 它由懸臂它由懸臂梁梁 1 和差動變壓器和差動變壓器 2 構(gòu)成。測量時構(gòu)成。測量時, 將懸臂梁底座及差動變壓器的將懸臂梁底座及差動變壓器的線圈骨架固定線圈骨架固定, 而將銜鐵的而將銜鐵的A端與被測振動體相連。端與被測振動體相連。

9、當(dāng)被測體帶動當(dāng)被測體帶動銜鐵以銜鐵以x(t)振動時振動時, 導(dǎo)致差動變壓器的輸出電壓也按相同規(guī)律變導(dǎo)致差動變壓器的輸出電壓也按相同規(guī)律變化?；?。 三、電感式傳感器的應(yīng)用三、電感式傳感器的應(yīng)用（一位移測量螺管型）（一位移測量螺管型）電感測微儀電感測微儀-LL直直流流電電壓壓交交流流電電源源電感測微儀的電感測微儀的軸向測試頭軸向測試頭引線引線線圈線圈銜鐵銜鐵彈簧彈簧導(dǎo)桿導(dǎo)桿測端測端（二力和壓力測量（二力和壓力測量銜鐵銜鐵線圈線圈線圈線圈罩殼罩殼插座插座膜膜盒盒接接頭頭彈性彈性體體差動變壓器式力傳感器和微壓力傳感器差動變壓器式力傳感器和微壓力傳感器（三振動和加速度測量（三振動和加速度測量（四液位測量

10、（四液位測量銜鐵銜鐵差動差動變壓器變壓器彈簧彈簧殼體殼體一、位移測量 軸向式電感軸向式電感 測微器的外形測微器的外形 航空插頭航空插頭紅寶石測頭紅寶石測頭其他電感測微頭其他電感測微頭軸向式電感測微軸向式電感測微器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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壷本€軸承） 8測桿 9密封套 10測端 11被測工件 12基準(zhǔn)面 電感式滾柱直徑分選裝置電感式滾柱直徑分選裝置 滾柱直徑分選裝置滾柱直徑分選裝置 1 1氣缸氣缸 2 2活塞活塞 3 3推桿推桿 4 4被測滾柱被測滾柱 5 5落料管落料管 6 6電感測電感測微器微器 7 7鎢鋼測頭耐磨）鎢鋼測

11、頭耐磨） 8 8限位擋板限位擋板 9 9電磁翻板電磁翻板 1010容器料斗）容器料斗） 氣通氣關(guān)測微儀測微儀圓柱滾子圓柱滾子電感式滾柱直徑分選裝置外形）電感式滾柱直徑分選裝置外形） 滑道滑道分選倉位分選倉位軸承滾子外形軸承滾子外形（參考中原量儀股份有限公司資料）（參考中原量儀股份有限公司資料）電感式滾柱直徑分電感式滾柱直徑分選裝置外形選裝置外形落料振動臺落料振動臺滑道滑道11個分選倉位個分選倉位（參考無錫市通達(dá)滾（參考無錫市通達(dá)滾子有限公司資料）子有限公司資料）廢料倉廢料倉電感式滾柱直徑分選裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)放大）電感式滾柱直徑分選裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)放大）汽缸汽缸控制鍵盤控制鍵盤可設(shè)定可設(shè)定尺寸數(shù)據(jù)，尺寸

12、數(shù)據(jù)，如將如將03um放入同一放入同一倉位）倉位）直徑測微裝置直徑測微裝置長度測微裝置長度測微裝置滑道滑道機(jī)械及氣動元件機(jī)械及氣動元件電感測微器電感測微器汽缸汽缸 氣水分離器（供氣三聯(lián)件）儲氣罐儲氣罐導(dǎo)氣管導(dǎo)氣管 氣壓表（0.4MPa左右）三、電感傳感器在仿形機(jī)床中的應(yīng)用三、電感傳感器在仿形機(jī)床中的應(yīng)用 1 1標(biāo)準(zhǔn)靠模標(biāo)準(zhǔn)靠模樣板樣板 2 2測測端靠模輪）端靠模輪） 3 3電感測微電感測微器器 4 4銑刀龍門銑刀龍門框架框架 5 5立立柱柱 6 6伺服電動伺服電動機(jī)機(jī) 7 7銑刀銑刀 8 8毛坯毛坯 仿形銑床外形仿形銑床外形 仿形機(jī)床采用仿形機(jī)床采用 閉環(huán)工作方式閉環(huán)工作方式仿形頭仿形頭主主軸軸四、電感式不圓度計原理四、電感式不圓度計原理 該圓度計采用旁向式電感測微頭該圓度計采用旁向式電感測微頭電感式不圓度測試系統(tǒng)電感式不圓度測試系統(tǒng)旁向式電感測微頭旁向式電感測微頭電感式不圓度測量系統(tǒng)外形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）（參考洛陽匯智測控技術(shù)有限公司資料）旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)盤測量測量頭頭不圓度測量打印不圓度測量打印五、壓力測量五、壓力測量 1壓力輸入壓力輸入接頭接頭 2波紋膜盒波紋膜盒 3電纜電纜 4印制線路印制線路板板 5差動線圈差動線圈 6銜鐵銜鐵 7電源變壓電源變壓器器 8罩殼罩殼 9