自感式傳感器

3.1自感式傳感器本章學(xué)習(xí)自感式傳感器工作原理、測(cè)量電路以及它們的應(yīng)用，掌握一次儀表的相關(guān)知識(shí)。電感式傳感器的工作基礎(chǔ)：電磁感應(yīng)即利用線圈電感或互感的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量分為變磁阻式、變壓器式、渦流式等特點(diǎn)：工作可靠、壽命長(zhǎng)靈敏度高，分辨力高精度高、線性好性能穩(wěn)定、重復(fù)性好將一只380V交流接觸器線圈與交流毫安表串聯(lián)后，接到機(jī)床用控制變壓器的36V交流電壓源上，如下圖所示。這時(shí)毫安表的示值約為幾十毫安。用手慢慢將接觸器的活動(dòng)鐵心（稱為銜鐵）往下按，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)毫安表的讀數(shù)逐漸減小。當(dāng)銜鐵與固定鐵心之間的氣隙等于零時(shí)，毫安表的讀數(shù)只剩下十幾毫安。

3.1.1工作原理先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)：電感傳感器的基本工作原理演示F220V準(zhǔn)備工作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線圈電感:N——線圈的匝數(shù)；Rm——磁路總磁阻上一頁(yè)返回下一頁(yè)線圈中放入圓形銜鐵,電感的大小也會(huì)改變,稱為螺管型傳感器。上一頁(yè)返回下一頁(yè)a)氣隙型

b)截面型

c)螺管型自感式傳感器原理圖3.1.2變氣隙式自感傳感器通常氣隙的磁阻遠(yuǎn)大于鐵芯和銜鐵的磁阻

L與δ之間是非線性關(guān)系

上一頁(yè)返回下一頁(yè)當(dāng)銜鐵處于初始位置時(shí)，初始電感量為:當(dāng)銜鐵上移Δδ時(shí)，則，代入式(1)并整理得:上一頁(yè)返回下一頁(yè)(1)上式展開成如下的級(jí)數(shù)形式:

同理，當(dāng)銜鐵隨被測(cè)物體的初始位置向下移動(dòng)時(shí)，有上一頁(yè)返回下一頁(yè)(2)(3)對(duì)式（2）（3）作線性處理，即忽略高次項(xiàng)后可得:靈敏度為:變間隙式自感傳感器的測(cè)量范圍與靈敏度及線性度是相矛盾的，因此變隙式自感式傳感器適用于測(cè)量微小位移場(chǎng)合。為了減小非線形誤差，實(shí)際中廣泛采用差動(dòng)變隙式電感傳感器。上一頁(yè)返回下一頁(yè)差動(dòng)變隙式電感傳感器

1-鐵芯；2-線圈；3-銜鐵；當(dāng)銜鐵向上移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)線圈的電感變化量ΔL1、ΔL2

上一頁(yè)返回下一頁(yè)對(duì)上式進(jìn)行線性處理，即忽略高次項(xiàng)得

靈敏度k0為（1）差動(dòng)變間隙式自感傳感器的靈敏度是單線圈式傳感器的兩倍。（2）單線圈是忽略以上高次項(xiàng)，差動(dòng)式是忽略以上高次項(xiàng)，因此差動(dòng)式自感式傳感器線性度得到明顯改善。上一頁(yè)返回下一頁(yè)3.1.3變面積式自感傳感器傳感器氣隙長(zhǎng)度保持不變，令磁通截面積隨被測(cè)非電量而變，設(shè)鐵芯材料和銜鐵材料的磁導(dǎo)率相同，則此變面積自感傳感器自感L為靈敏度：變面積式自感傳感器在忽略氣隙磁通邊緣效應(yīng)的條件下，輸入與輸出呈線性關(guān)系；因此可望得到較大的線性范圍。但是與變氣隙式自感傳感器相比，其靈敏度降低。上一頁(yè)返回下一頁(yè)3.1.4螺線管式自感傳感器1-螺線管線圈Ⅰ；2-螺線管線圈Ⅱ；3-骨架；4-活動(dòng)鐵芯

L10，L20——分別為線圈Ⅰ、Ⅱ的初始電感值；上一頁(yè)返回下一頁(yè)(4)當(dāng)鐵芯移動(dòng)（如右移）后，使右邊電感值增加，左邊電感值減小

根據(jù)以上兩式，可以求得每只線圈的靈敏度為兩只線圈的靈敏度大小相等，符號(hào)相反，具有差動(dòng)特征。

式(4)和式(5)可簡(jiǎn)化為

上一頁(yè)返回下一頁(yè)(5)差動(dòng)電感傳感器的特點(diǎn)

請(qǐng)分析：靈敏度、線性度有何變化曲線1、2為L(zhǎng)1、L2

的特性，3為差動(dòng)特性1-差動(dòng)線圈2-鐵心3-銜鐵4-測(cè)桿5-工件

從曲線圖可以看出，差動(dòng)式電感傳感器的線性較好，且輸出曲線較陡，靈敏度約為非差動(dòng)式電感傳感器的兩倍。

從結(jié)構(gòu)圖可以看出，差動(dòng)式電感傳感器對(duì)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(cè)量誤差。差動(dòng)式電感傳感器的特性

3.1.5自感式傳感器測(cè)量電路1.調(diào)幅電路2.調(diào)頻電路3.調(diào)相電路4.自感傳感器的靈敏度上一頁(yè)返回下一頁(yè)3.1.6調(diào)幅電路

u0(1)變壓器電路輸出空載電壓初始平衡狀態(tài)，Z1=Z2=Z,u0=0銜鐵偏離中間零點(diǎn)時(shí)使用元件少，輸出阻抗小,獲得廣泛應(yīng)用z2z1u/2u/2上一頁(yè)返回下一頁(yè)傳感器銜鐵移動(dòng)方向相反時(shí)空載輸出電壓兩種情況的輸出電壓大小相等，方向相反，即相位差180，為了判別銜鐵位移方向，就是判別信號(hào)的相位，要在后續(xù)電路中配置相敏檢波器來(lái)解決上一頁(yè)返回下一頁(yè)2\相敏整流電路：既反映輸入的大，又能辨向

什么是相敏整流電路根據(jù)載波的頻率和相位，控制開關(guān)陣列工作，將交流的信號(hào)變成直流，或者將直流信號(hào)調(diào)制成交流，便于放大。也可以對(duì)信號(hào)設(shè)定相位門檻，去掉不要的干擾信號(hào)。(2)相敏檢波電路當(dāng)銜鐵偏離中間位置而使Z1=Z+ΔZ增加，則Z2=Z-ΔZ減少。這時(shí)當(dāng)電源u上端為正，下端為負(fù)時(shí)，電阻R1上的壓降大于R2上的壓降；當(dāng)u上端為負(fù)，下端為正時(shí)，R2上壓降則大于R1上的壓降，電壓表V輸出上端為正，下端為負(fù)。上一頁(yè)返回下一頁(yè)非相敏整流和相敏整流電路輸出電壓比較(a)非相敏整流電路；（b）相敏整流電路使用相敏整流，輸出電壓U0不僅能反映銜鐵位移的大小和方向，而且還消除零點(diǎn)殘余電壓的影響，

上一頁(yè)返回下一頁(yè)上一頁(yè)返回下一頁(yè)3.1.7調(diào)頻電路傳感器自感變化將引起輸出電壓頻率的變化GCLf靈敏度很高，但線性差，適用于線性要求不高的場(chǎng)合Lf03.1.8自感式傳感器應(yīng)用舉例1.自感式位移傳感器2.自感式壓力傳感器上一頁(yè)返回下一頁(yè)1.自感式位移傳感器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)端上一頁(yè)返回下一頁(yè)軸向式電感測(cè)微器的外形

航空插頭測(cè)頭其他電感測(cè)微頭模擬式及數(shù)字式電感測(cè)微儀2.自感式壓力傳感器變隙式自感壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖變隙差動(dòng)式電感壓力傳感器上一頁(yè)返回

當(dāng)被測(cè)壓力進(jìn)入C形彈簧管時(shí)，C形彈簧管產(chǎn)生變形，其自由端發(fā)生位移，帶動(dòng)與自由端連接成一體的銜鐵運(yùn)動(dòng)，使線圈1和線圈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。

3.電感式滾柱直徑分選裝置圖3-14滾柱直徑分選裝置

1—?dú)飧?—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—容器（料斗）

電感式滾柱直徑分選以前用人工測(cè)量和分選軸承用滾柱的直徑是一項(xiàng)十分費(fèi)時(shí)且容易出錯(cuò)的工作。由機(jī)械排序裝置送來(lái)的滾柱按順序進(jìn)入電感測(cè)微儀。電感測(cè)微儀的測(cè)桿在電磁鐵的控制下，先是提升到一定的高度，讓滾柱進(jìn)入其正下方，然后電磁鐵釋放，銜鐵向下壓住滾柱，滾柱的直徑?jīng)Q定了銜鐵位移的大小。電感傳感器的輸出信號(hào)送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算出直徑的偏差值。完成測(cè)量的滾柱被機(jī)械裝置推出電感測(cè)微儀，這時(shí)相應(yīng)的翻板打開滾柱落入與其直徑偏差相對(duì)應(yīng)的容器中。從圖可以看到，批量生產(chǎn)的滾柱直徑偏差的概率符合隨機(jī)誤差的正態(tài)分布。以測(cè)量和分選步驟均是在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行的。電感式滾柱直徑分選裝置測(cè)微儀圓柱滾子電感式滾柱直徑分選裝置（外形）

滑道分選倉(cāng)位軸承滾子外形（參考中原量?jī)x股份有限公司資料）電感式滾柱直徑分選裝置