第三章电感传感器重点

1、第三早电感传感器课题：电感传感器的原理及应用课时安排：3课次编号：67教材分析难点：重点：二线制仪表的原理、应用电流输出型仪表的计算教学目的和要求各 教 学 环 节 和 内 容XXX X XXX XXIt.1、了解电感传感器的工作原理;2、掌握电流输出型仪表的概念;采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂讨论、分析教具：各种电感传感器做以下的实验：将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的36V交流电压源上，如图 4-1所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用 手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。 当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，

2、毫安表的读数只剩下十几毫安。图3-1线圈铁心的气隙与电感量及电流的关系实验1 固定铁心 2 气隙 3线圈 4 衔铁 5弹簧 6磁力线 7 绝缘外壳当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，线圈的电感量L和感抗XL较小,所以电流I较大。当铁心闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。我们可以利用本例 中自感量随气隙而改变的原理来制作测量位移的自感式传感器。自感传感器常见的形式有变隙式、变面积式和螺线管式等三种，原理示意图分别 如图3-1a、b、c所示，螺线管式自感传感器外形如图3-1d所示。提问：根据公式（3-1）,对于变隙式电感传感器，电感L与气隙厚度 3成比，画出变隙式电感传感器的江 特性曲线。

3、输入输出是 （线性/非线性）关系。3小，灵敏度就 。为了保证一定的线性度，变隙式电感传感器只能用于 位移的测量。图3-2电感传感器的输出特性a）变隙式电感传感器的、-L特性曲线 b）变面积式电感传感器的 A-L特性曲线1 实际输岀特性 2 理想输岀特性二、变截面式电感传感器分析式（3-1），理论上电感量L与气隙截面积 A是 （线性/非线性）关系。，灵敏度为。三、螺线管式电感传感器单线圈螺线管式电感传感器，当衔铁工作在螺线管的中部时，可以认为线圈内磁 场强度是均匀的，此时线圈电感量L与衔铁插入深度I大致成正比。特点与应用范围：结构简单，制作容易，但灵敏度稍低，适用于测量稍大一点的 位移。四、差动

4、电感传感器上述三种电感传感器的缺点：由于线圈中通有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电磁吸力，会引起振动及附加 误差，而且非线性误差较大；另外，外界的干扰如电源电压频率的变化，温度的变化 都使输出产生误差。采用差动电感传感器的好处 ：在实际工作中常采用差动形式，既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小测量误 差。提问：单线圈电感传感器与差动式电感传感器的特性比较如图3-4所示。从图3-4可以看出，差动式电感传感器的线性较 ，灵敏度较 。1图3-4 单线圈电感传感器与差动式电感传感器的特性比较1上线圈特性 2下线圈特性3 Li、L2差接后的特性五、测量转换电路1.差动电感的变压器电桥转换电路差动电感的变

5、压器电桥转换电路如图 3-5所示。相邻两工作臂 Z1、Z2是差动电感 传感器的两个线圈阻抗。另两臂为激励变压器的二次绕组。输入电压约为10V左右，频率约为数千赫，输出电压取自 A、B两点。当衔铁处于中间位置时：桥路平衡，输出电压 Uo=0。当衔铁下移时：下线圈感抗增加，而上线圈感抗减小时。输出电压绝对值增大, 其相位与激励源同相。*D图3-5差动电感的变压器电桥转换电路衔铁上移时：输出电压的相位与激励源反相。如果在转换电路的输出端接上普通指示仪表时，实际上无法判别输出的相位和位 移的方向。（解释普通的指示仪表）2 .相敏检波电路“检波”与“整流”的含义：都指能将交流输入转换成直流输出的电路。但

6、检波多用于描述信号电压的转换。普通的全波整流：只能得到单一方向的直流电，不能反映输入信号的相位。图3-6不同检波方式的输出特性曲线a）非相敏检波b ）相敏检波1 理想特性曲线2 实际特性曲线第二节差动变压器传感器差动变压器传感器（Differential Transformer Transducer，简称差动变压器）。全波变压器测量：将两个二次线圈差动接法，发现总电压非但没有增加，反而相 互抵消。差动变压器是把被测位移量转换为一次线圈与二次线圈间的互感量M的变化的装置。当一次线圈接入激励电源之后，二次线圈就将产生感应电动势，当两者间的互感 量变化时，感应电动势也相应变化。目前应用最广泛的结构型

7、式是螺线管式差动变压 器。图3-7差动变压器结构示意图及外形图1一次线圈2二次线圈3衔铁 4 测杆二、差动变压器的主要特性（1）灵敏度：单位 mV/ （mm V）。行程越小，灵敏度越高。提问并解释：适当提高励磁电压，能提高灵敏度。以 为为宜。A . 220V （发热） B . 1V （励磁电流太小）C. 10V D . 10mV电源频率以 为为宜。A . 4kHz B. 50Hz （工频）C .直流电 D . 100Hz （磁滞损耗）。（2） 线性范围差动电感和变压器线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右。三、测量电路图3-11差动整流电路及波形a）差动整流电路b）、c）、d）各点电压波形分析

8、差动整流过程：（1）差动变压器的二次电压 u21、U 22分别经VD1VD4、VD5VD8两个普通桥 式电路整流，变成直流电压Uao和Ubo。由于Uao与Ubo是反向串联的，所以U c3=U ab= U ao- U bo该电路是以两个桥路整流后的直流电压之差作为输出的，所以称为差动整流电路。RP的作用：RP用来微调电路平衡的。低通滤波电路：C 3、C 4、R 3、R 4组成低通滤波电路，其时间常数T必须大于U i周期的十倍以上。差动减法放大器：差动变压器的输出电压必须经过特殊的整流电路后，再给予放大。目前已有厚膜 电路与之匹配。它的输出信号可设计成符合国家标准的15V或420mA （请参阅本章

9、第三节有关内容）。第三节电感传感器的应用电感传感器主要用于小位移测量。凡是能转换成小位移量变化的参数，如力、工 件尺寸、压力、压差、加速度、振动等均可用其测量。主要介绍各种应用所引入的工业测量的基本概念一、位移测量介绍轴向式电感测微器。三、压力测量介绍什么是变送器：能将非标准信号转换为符合国家标准电信号的仪器或设备称为变送器。介绍：什么是一次仪表：图3-11所示的压力变送器已经将传感器与信号处理电路组合在一个壳体中，并安装在检测现场，在工业中经常被称为一次仪表。一次仪表的输出信号可以是电压，也可以是电流。由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输（可以不考虑线路压降） 所以在一次仪表中多采用电流

10、输出型。四、两线制仪表的接线方法所谓两线制仪表是指仪表与外界的联系只需两根导线。多数情况下，其中一根为 +24V电源线，另一根既作为电源负极引线，又作为信号传输线。在信号传输线的末端 通过一只标准负载电阻（也称取样电阻）接地（也就是电源负极），将电流信号转变成电压信号。两线制仪表的接线方法如图3-13所示。际I 电流输出信号420mA去二次仪表图3-13两线制仪表的接线方法电流输出型仪表介绍：新的标准规定电流输出为 420mA ;电压输出为15V（旧标准为010mA或0 2V）。4mA对应于零输入，20mA对应于满度输入。不让信号占有 04mA这一范围的原因是有利于判断线路故障（开路）或仪表故 障；另一方面还能利用 04mA这一部分“本